Электронная офтальмологическая линза с отслеживанием сна Российский патент 2018 года по МПК A61F2/14 A61F9/00 G02C7/04 

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Область применения изобретения

Настоящее изобретение относится к офтальмологической линзе с электропитанием или к электронной офтальмологической линзе и, более конкретно, к офтальмологической линзе с электропитанием или электронной офтальмологической линзе, имеющей датчик и соответствующее аппаратное и программное обеспечение для обнаружения состояния сна.

2. Обсуждение предшествующего уровня техники

Поскольку электронные устройства продолжают уменьшаться в размерах, все более вероятным становится создание микроэлектронных устройств, пригодных для ношения или выполненных с возможностью встраивания, для различных областей применения. Такие области применения могут включать в себя контроль биохимических процессов в организме, введение управляемых доз лекарственных средств или лекарственных агентов посредством различных механизмов, включая автоматические, в ответ на измерения или в ответ на внешние сигналы управления и усиление функциональных процессов в органах или тканях. Примеры таких устройств включают в себя инфузионные помпы для введения глюкозы, кардиостимуляторы, дефибрилляторы, вспомогательные желудочковые устройства и нейростимуляторы. Новой особенно используемой областью применения являются пригодные для ношения офтальмологические линзы и контактные линзы. Например, в пригодную для ношения линзу может быть встроен узел линзы, имеющий фокус с возможностью электронного регулирования для увеличения или улучшения функции глаза. В другом примере в пригодную для ношения контактную линзу с фокусом с возможностью регулирования или без него могут быть встроены электронные датчики для обнаружения концентраций отдельных химических веществ в прекорнеальной (слезной) пленке. Применение встроенной электроники в узле линзы предполагает потенциальную потребность в установлении связи с электроникой, способе питания и/или повторной подачи питания в электронику, взаимном соединении электроники, внутреннем и внешнем измерении и/или отслеживании, а также в управлении электроникой и общими функциями линзы.

Человеческий глаз способен различать миллионы цветов, легко приспосабливаться к изменению условий освещения и передавать сигналы или информацию в головной мозг со скоростью, превышающей высокоскоростную передачу данных через Интернет. В настоящее время линзы, такие как контактные линзы и интраокулярные линзы, используют для коррекции таких дефектов зрения, как миопия (близорукость), гиперметропия (дальнозоркость), пресбиопия и астигматизм. Тем не менее линзы правильной конфигурации со встроенными дополнительными компонентами могут использоваться как для улучшения зрения, так и для коррекции дефектов зрения.

Контактные линзы можно использовать для коррекции миопии, гиперметропии, астигматизма, а также других дефектов остроты зрения. Контактные линзы также можно использовать для улучшения природного внешнего вида глаз пользователя линз. Контактные линзы - это просто линзы, которые размещают на передней поверхности глаза. Контактные линзы относятся к медицинским устройствам и могут применяться для коррекции зрения и/или из косметических или иных терапевтических соображений. Контактные линзы используют для продажи с целью улучшения зрения с 1950-х годов. Первые контактные линзы изготавливались или производились из твердых материалов, были относительно дорогими и хрупкими. Кроме того, эти первые контактные линзы изготавливали из материалов, которые не обеспечивали достаточного проникновения кислорода через контактную линзу в конъюнктиву и роговицу, что могло потенциально повлечь за собой ряд неблагоприятных клинических эффектов. Хотя такие контактные линзы используют и в настоящее время, они подходят не всем пациентам из-за низкого уровня первоначального комфорта. Дальнейшие разработки в данной области привели к созданию мягких контактных линз на основе гидрогелей, которые сегодня чрезвычайно популярны и широко используются. В частности, силикон-гидрогелевые контактные линзы, доступные в настоящее время, сочетают преимущества силикона, отличающегося исключительно высокой кислородной проницаемостью, с признанным комфортом при ношении и клиническими показателями гидрогелей. Как правило, такие силикон-гидрогелевые контактные линзы обладают более высокой кислородной проницаемостью, и, по существу, их удобнее носить, чем контактные линзы, изготовленные из применявшихся в прошлом твердых материалов.

Стандартные контактные линзы являются полимерными структурами с установленными формами для коррекции различных проблем со зрением, которые были кратко упомянуты выше. Для достижения улучшенной функциональности в эти полимерные структуры встраивают различные схемы и компоненты. Например, управляющие схемы, микропроцессоры, устройства связи, блоки питания, датчики, исполнительные механизмы, светодиоды и миниатюрные антенны могут быть встроены в контактные линзы посредством изготовленных на заказ оптоэлектронных компонентов, предназначенных не только для коррекции зрения, но и для его улучшения и обеспечения дополнительной функциональности, как объясняется в настоящем документе. Электронные офтальмологические линзы и/или офтальмологические линзы с электропитанием могут быть выполнены с возможностью обеспечения улучшения зрения посредством возможностей увеличения и уменьшения или простого изменения рефракционных возможностей линз. Электронные контактные линзы и/или контактные линзы с электропитанием могут быть выполнены с возможностью улучшения цвета и разрешающей способности, отображения текстовой информации, преобразования речи в субтитры в режиме реального времени, передачи визуальных ориентиров от навигационной системы и обеспечения обработки изображений и доступа к сети Интернет. Линзы могут быть выполнены с возможностью позволять пользователю видеть в условиях низкой освещенности. Надлежащим образом сконфигурированные электронные компоненты и/или конструкция электроники на линзах может позволить проецирование изображения на сетчатку, например, без оптической линзы с переменным фокусом и обеспечить новые устройства отображения изображения. Альтернативно или в дополнение к любым из этих функций или схожим функциям, в контактные линзы могут быть встроены компоненты неинвазивного контроля биомаркеров и показателей здоровья пользователя. Например, встроенные в линзы датчики могут позволять пациенту, страдающему сахарным диабетом, принимать таблетки в соответствии с уровнем сахара в крови путем анализа компонентов слезной пленки без необходимости забора крови. Кроме того, в соответствующим образом сконфигурированную линзу могут быть встроены датчики для контроля уровней холестерина, натрия и калия, а также других биологических маркеров. Это, в сочетании с беспроводным передатчиком данных, может позволить врачу иметь практически немедленный доступ к результатам биохимического анализа крови пациента без необходимости для пациента тратить время на посещение лаборатории и проведение забора крови. Кроме того, датчики, встроенные в линзы, можно использовать для обнаружения света, падающего на глаз, для компенсации условий внешнего света или для применения при определении характера моргания.

Надлежащая комбинация устройств может обеспечить потенциально неограниченные функциональные возможности; однако существует ряд трудностей, связанных со встраиванием дополнительных компонентов во фрагмент полимера оптического качества. По существу, получение таких компонентов непосредственно на линзе, а также монтаж и взаимное соединение плоских устройств на неплоской поверхности являются затруднительными по ряду причин. Также затруднительно получить их в масштабе. Компоненты, предназначенные для размещения на линзе или в ней, необходимо уменьшить в размере и встроить в прозрачный полимер размером всего 1,5 квадратного сантиметра, обеспечивая при этом защиту компонентов от жидкой среды глаза. Также затруднительно изготовление контактной линзы с увеличенной толщиной, необходимой для размещения дополнительных компонентов, которая была бы комфортна и безопасна для пользователя.

Принимая во внимание ограничения площади и объема офтальмологического устройства, такого как контактная линза, и характеристики среды эксплуатации, при физической реализации устройства необходимо преодолеть ряд проблем, включая установку и взаимное соединение ряда электронных компонентов на неплоской поверхности, большинство из которых содержат оптическую пластмассу. Таким образом, существует потребность в создании электронной контактной линзы, которая будет иметь надежную конфигурацию с точки зрения механики и электроники.

Поскольку эти линзы представляют собой линзы с электропитанием, существует проблема потребления энергии или, более конкретно, тока, который приводит в действие электронные компоненты, учитывая технологию батареи в масштабе офтальмологической линзы. В дополнение к обычному потреблению тока, устройства или системы с электропитанием такого типа в целом требуют запасов тока в холостом режиме, точного управления напряжением и возможностей переключения для обеспечения работы в потенциально широком диапазоне рабочих параметров, а также при пиковом потреблении, например до 18 (восемнадцати) часов на одном заряде после потенциального отсутствия активности в течение нескольких лет. Соответственно, существует потребность в системе, оптимизированной для низкозатратной, продолжительной и надежной работы, обеспечивающей безопасность и размер и обеспечивающей при этом требуемую мощность.

Кроме того, учитывая сложную функциональность, связанную с линзой с электропитанием, и высокий уровень взаимодействия между всеми компонентами, содержащимися в линзе с электропитанием, существует потребность в координации всей работы электронных и оптических компонентов, содержащихся в офтальмологической линзе с электропитанием, и управлении ею. Соответственно, существует потребность в безопасной, низкозатратной и надежной системе для управления работой всех остальных компонентов, которая имеет низкий уровень энергопотребления и является масштабируемой для встраивания в офтальмологическую линзу.

Офтальмологические линзы с электропитанием или электронные офтальмологические линзы, возможно, должны учитывать определенные уникальные физиологические функции человека, использующего офтальмологическую линзу с электропитанием или электронную офтальмологическую линзу. Более конкретно, линзы с электропитанием, возможно, должны учитывать моргание, включая количество морганий за определенный период времени, продолжительность моргания, временной интервал между морганиями и любой возможный характер моргания, например, если человек засыпает. Обнаружение моргания может быть также использовано для обеспечения определенных функциональных возможностей, например, моргание может быть использовано как средство управления одним или более аспектами офтальмологической линзы с электропитанием. Кроме того, внешние факторы, такие как изменения в уровнях интенсивности падающего света и объеме видимой части спектра, который блокирует человеческое веко, должны быть учтены при определении морганий. Например, если комната имеет уровень освещенности от 54 (пятидесяти четырех) до 161 (ста шестидесяти одного) люкса, фотодатчик должен быть достаточно чувствительным для обнаружения изменений интенсивности освещенности, которые происходят при моргании человека.

Датчики внешнего света или фотодатчики используют во многих системах и продуктах, например в телевизорах для регулировки яркости в соответствии с освещенностью комнаты, в светильниках для включения в сумерках, а также в телефонах для регулировки яркости экрана. Однако такие использующиеся в настоящее время системы датчиков не являются достаточно миниатюрными и/или не обладают достаточно низким потреблением энергии для включения в контактные линзы.

Также важно отметить, что различные типы детекторов моргания могут быть реализованы с использованием компьютерных видеосистем, направленных на человеческий(ие) глаз(а), например цифровой камеры, подключенной к компьютеру. Программное обеспечение, запущенное на компьютере, может распознавать визуальные особенности, такие как открытые и закрытые глаза. Данные системы могут быть использованы в офтальмологических клинических условиях в диагностических целях и для проведения исследований. В отличие от описанных выше детекторов и систем, данные системы предназначены для применения вне глаза и для ракурса, направленного на глаз, а не от него. Хотя данные системы недостаточно миниатюрны для включения в контактные линзы, использующееся программное обеспечение может быть подобным тому, которое будет работать совместно с контактными линзами с электропитанием. Любая система может включать программные реализации искусственных нейронных сетей, которые распознают входные данные и соответствующим образом регулируют свои выходные сигналы. В качестве альтернативы для создания умных систем могут быть использованы небиологические программные реализации, включающие статистические данные, другие адаптивные алгоритмы и/или обработку сигналов.

Существует ряд работ, которые требуют от работника быть подготовленным и бодрым, например водитель грузовика, охранник и военнослужащий при исполнении служебных обязанностей. Это бы являлось контрпродуктивным и привело бы к потенциальным проблемам, если бы работник засыпал во время исполнения своих обязанностей. Многие из данных работ являются таковыми, что работник должен быть подвижным во время исполнения своих обязанностей, и, следовательно, система контроля с неподвижным основанием является непрактичной для обеспечения контроля над данными работниками. Кроме того, существует множество работ, требующих регулируемого количества часов сна в нерабочее время, которые вручную регистрируются работником, вместо автоматической регистрации сна работника для обеспечения лучших записей.

Соответственно, существует потребность в средствах и способе обнаружения некоторых физиологических функций, например длительности закрывания глаза или моргания. Используемый датчик должен быть выполнен по форме и размеру с возможностью использования в контактной линзе. Кроме того, существует необходимость в обнаружении положения век пользователя. Датчик положения века может быть использован для обнаружения того, что пользователь засыпает, например для того, чтобы записать в журнал данные о засыпании пользователя. Имеются существующие системы для обнаружения положения века; однако они ограничены такими устройствами, как камеры для формирования изображений, средства распознавания изображений и пары излучателя/детектора инфракрасного излучения, в которых используется отражение от глаза и века. Существующие системы обнаружения положения века также полагаются на использование очков или клинических сред, и их непросто встроить в контактную линзу.

ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В, по меньшей мере, одном варианте осуществления предлагается способ отслеживания сна при помощи офтальмологической линзы с электропитанием, причем способ включает в себя этапы, на которых: активируют офтальмологическую линзу с электропитанием; запускают накопитель на линзе для отслеживания течения времени; определяют на первой частоте выборки, закрылось ли веко; при обнаружении закрытия века получают выборку данных, по меньшей мере, однократно, по меньшей мере, одного из акселерометра и преобразователя, и определяют, превышен ли порог, и, если порог превышен, извлекают показание из накопителя; сохраняют показание накопителя и показание, по меньшей мере, одного из акселерометра и преобразователя; и определяют, находится ли показание ниже порогового значения, причем, если показание ниже порогового значения, сохраняют указание на конец сна с быстрым движением глаз (REM) и возвращаются к получению выборки закрытия века. В дополнительном варианте осуществления способ дополнительно включает в себя этапы, на которых: измеряют уровень освещенности при помощи, по меньшей мере, одного фотодатчика, находящегося на линзе; сохраняют уровень освещенности и текущее показание накопителя; и определяют время изменения уровня освещенности и сохраняют текущее показание накопителя с показанием уровня освещенности. В дополнительном варианте осуществления предыдущего варианта осуществления способ дополнительно включает этапы, на которых сравнивают показание накопителя с порогом продолжительности; если показание накопителя превышает порог продолжительности, определяют, приближается ли текущий уровень освещенности к исходному показанию уровня освещенности, и в случае достижения исходного уровня освещенности прерывают реализацию способа. В дополнительном варианте осуществления любого из предыдущих вариантов осуществления выборку, по меньшей мере, одного из акселерометра и преобразователя получают с первой частотой выборки перемещения до тех пор, пока показание не превысит порог, после чего выборку получают со второй частотой выборки перемещения. В дополнительном варианте осуществления любого из предыдущих вариантов осуществления после обнаружения закрытия века выборку закрытия века получают со второй частотой выборки.

В, по меньшей мере, одном варианте осуществления предлагается способ отслеживания сна при помощи офтальмологической линзы с электропитанием, причем способ включает в себя этапы, на которых: активируют офтальмологическую линзу с электропитанием; запускают накопитель на линзе для отслеживания течения времени; получают выборку данных, по меньшей мере, однократно, по меньшей мере, одного из акселерометра и преобразователя; и определяют, превышен ли первый порог, и, если первый порог превышен, извлекают показание из накопителя, сохраняют показание накопителя и показание, по меньшей мере, одного из акселерометра и преобразователя, и определяют, находится ли показание ниже второго порогового значения, причем, если показание ниже второго порогового значения, сохраняют указание на конец REM и возвращаются к получению выборки закрытия века. В дополнительном варианте осуществления выборку, по меньшей мере, одного из акселерометра и преобразователя получают с первой частотой выборки перемещения до тех пор, пока показание не превысит порог, после чего выборку получают со второй частотой выборки перемещения.

В, по меньшей мере, одном варианте осуществления предлагается способ отслеживания сна при помощи офтальмологической линзы с электропитанием, причем способ включает в себя этапы, на которых: активируют офтальмологическую линзу с электропитанием; запускают накопитель на линзе для отслеживания течения времени; выполняют выборку, по меньшей мере, одной из системы датчиков положения века и системы датчиков движения глаза; извлекают показание из накопителя; сохраняют в памяти выходной сигнал системы датчиков положения века, выходной сигнал системы датчиков движения глаза и показание накопителя; и повторяют этапы выборки, извлечения и сохранения с предварительно заданной частотой выборки. В дополнительном варианте осуществления система датчиков движения глаза включает в себя, по меньшей мере, один из акселерометра и преобразователя. В дополнительном варианте осуществления любого из двух предыдущих вариантов осуществления способ дополнительно включает в себя этапы, на которых: измеряют уровень освещенности при помощи, по меньшей мере, одного фотодатчика, находящегося на линзе; сохраняют уровень освещенности и текущее показание накопителя; и определяют время изменения уровня освещенности и сохраняют текущее показание накопителя с показанием уровня освещенности. В дополнительном варианте осуществления способ дополнительно включает этапы, на которых сравнивают показание накопителя с порогом продолжительности; если показание накопителя превышает порог продолжительности, определяют, приближается ли текущий уровень освещенности к исходному показанию уровня освещенности, и в случае достижения исходного уровня освещенности прерывают реализацию способа. В дополнительном варианте осуществления любого из вариантов осуществления, описанных в данном абзаце, после обнаружения закрытия века выборку закрытия века получают со второй частотой выборки века.

В дополнительном варианте осуществления любого из предыдущих вариантов осуществления способ дополнительно включает в себя этапы, на которых отслеживают подачу питания на линзу на предмет доступного уровня энергии; если доступный уровень энергии источника питания ниже нижнего порога энергии, выполняют, по меньшей мере, одно из следующих действий: уменьшают частоту выборки, по меньшей мере, одного из акселерометра и преобразователя, уменьшают частоту выборки, по меньшей мере, одного датчика, прекращают дальнейшую выборку, по меньшей мере, одного из акселерометра и преобразователя, прекращают дальнейшее отслеживание подачи питания, сохраняют отметку времени, соответствующую низкому уровню энергии, на основании текущего значения накопителя, прекращают энергообеспечение, по меньшей мере, одного из акселерометра и преобразователя, выполняют выборку закрытия век со второй частотой выборки, меньшей, чем первая частота выборки, и подают питание на память, где хранятся показания.

В дополнительном варианте осуществления любого из предыдущих вариантов осуществления способ дополнительно включает в себя этапы, на которых отслеживают доступную память для хранения показаний; если доступный объем памяти ниже нижнего порога памяти, выполняют, по меньшей мере, одно из следующих действий: сохраняют отметку времени, соответствующую малому объему свободной памяти, на основании текущего значения накопителя, уменьшают частоту выборки, по меньшей мере, одного из акселерометра и преобразователя, прекращают дальнейшую выборку, по меньшей мере, одного из акселерометра и преобразователя, сохраняют последующие показания, по меньшей мере, одного из акселерометра и преобразователя поверх самых ранних сохраненных в памяти показаний и удаляют сохраненные показания датчиков, ассоциированные с самым низким значением накопителя, и смещают оставшиеся сохраненные показания датчиков и накопителя в памяти.

В дополнительном варианте осуществления любого из предыдущих вариантов осуществления сохранение показаний включает в себя передачу показаний на внешнее устройство для хранения. В дополнительном варианте осуществления внешнее устройство сохраняет показания с отметкой времени на основании текущего времени на внешнем устройстве. В дополнительном варианте осуществления любого из двух предыдущих вариантов осуществления способ дополнительно включает выборку уровня освещенности при помощи внешнего устройства и сохранение уровня освещенности с отметкой времени в памяти. В дополнительном варианте осуществления любого из трех предыдущих вариантов осуществления способ дополнительно включает получение внешним устройством пользовательских входных данных по запуску исследования сна и прерыванию исследования сна.

В, по меньшей мере, одном варианте осуществления офтальмологическая линза с электропитанием включает: контактную линзу; систему датчиков положения века в контактной линзе, причем система датчиков положения века включает матрицу датчиков, имеющую множество измерительных точек, разнесенных по вертикали друг от друга, для обнаружения положения века, и блок формирования сигнала, выполненный с возможностью выборки измерительных точек в матрице датчиков для обнаружения положения века и передачи выходного сигнала о положении века; систему датчиков движения глаза в контактной линзе, включающую в себя, по меньшей мере, один датчик для отслеживания и определения положения глаза и блок формирования сигнала, функционально соединенный с датчиком и выполненный с возможностью отслеживания и определения положения глаза в пространственных координатах на основании информации выходного сигнала датчиков и передачи выходного сигнала о движениях; системный контроллер, электрически соединенный с указанной системой датчиков положения века и указанной системой датчиков движения глаза, причем указанный системный контроллер выполнен с возможностью выполнять выборку указанной системы датчиков положения века и указанной системы датчиков движения глаза на основании, по меньшей мере, одной предварительно заданной частоты выборки; и память в электрическом соединении с указанным контроллером; и причем указанный системный контроллер сохраняет данные на основании каждой выборки в указанной памяти.

В, по меньшей мере, одном варианте осуществления офтальмологическая линза с электропитанием включает в себя: контактную линзу; систему датчиков движения глаза в контактной линзе, включающую в себя, по меньшей мере, один датчик для отслеживания и определения положения глаза и блок формирования сигнала, функционально соединенный с датчиком и выполненный с возможностью отслеживания и определения положения глаза в пространственных координатах на основании информации выходного сигнала датчиков и передачи выходного сигнала о движениях; системный контроллер, электрически соединенный с указанной системой датчиков движения глаза, причем указанный системный контроллер выполнен с возможностью выполнения выборки системы датчиков движения глаза на основании, по меньшей мере, одной предварительно заданной частоты выборки; и устройство управления данными в электрическом соединении с указанным системным контроллером и имеющее память, причем указанное устройство управления данными выполнено с возможностью сохранения данных, присутствующих в любом сигнале, поступающем от указанного системного контроллера к указанному устройству управления данными в указанной памяти. В дополнительном варианте осуществления линза дополнительно включает в себя систему датчиков положения века в контактной линзе, причем система датчиков положения века включает матрицу датчиков, имеющую множество измерительных точек, разнесенных по вертикали друг от друга, для обнаружения положения века, и блок формирования сигнала, выполненный с возможностью выборки измерительных точек в матрице датчиков для обнаружения положения века и передачи выходного сигнала о положении века; причем указанный системный контроллер электрически соединен с указанной системой датчиков положения века, причем указанный системный контроллер выполнен с возможностью получения выборки указанной системы датчиков положения века на основании, по меньшей мере, одной предварительно заданной частоты выборки положения века.

В дополнение к любому из вышеизложенных вариантов осуществления офтальмологической линзы с электропитанием линза дополнительно включает в себя накопитель; и причем указанный системный контроллер выполнен с возможностью сохранения соответствующего показания указанного накопителя для каждого сохраненного набора данных выборки. В дополнение к любому из вышеизложенных вариантов осуществления офтальмологической линзы с электропитанием, линза дополнительно включает в себя источник питания, электрически подключенный к указанной системе датчиков положения века, указанной системе датчиков движения глаза и указанному системному контроллеру; и систему управления ресурсами в электрическом соединении с, по меньшей мере, одним из указанного источника питания и указанной памяти; причем указанная система управления ресурсами выполнена с возможностью определения, по меньшей мере, одного из низкого уровня энергии и превышения порога заполнения памяти, и в ответ на положительное определение указанная система управления ресурсами выполнена с возможностью выполнения, по меньшей мере, одного из следующих действий: уменьшение всех частот выборки системы, завершение всех выборок указанной системы датчиков положения века и указанной системы датчиков движения глаза, и замена более ранних данных более поздними данными после превышения порога заполнения памяти.

В дополнение к любому из вышеизложенных вариантов осуществления офтальмологической линзы с электропитанием линза дополнительно включает в себя систему связи, выполненную с возможностью связи с внешним устройством. В дополнительном варианте осуществления системный контроллер передает любой полученный выходной сигнал на внешнее устройство при помощи указанной системы связи.

В дополнение к любому из вышеизложенных вариантов осуществления офтальмологической линзы с электропитанием система движений глаза включает в себя, по меньшей мере, один акселерометр. В дополнительном варианте осуществления блок формирования сигнала системы датчиков движения глаза обеспечивает выходной сигнал, когда сигнал указанного, по меньшей мере, одного акселерометра превышает порог перемещения.

В, по меньшей мере, одном варианте осуществления система включает в себя любой из вышеуказанных вариантов осуществления офтальмологической линзы с электропитанием и базовую станцию, выполненную с возможностью вмещения указанной линзы, причем указанная базовая станция включает в себя корпус, имеющий полость достаточного размера для, по меньшей мере, одной линзы, таймер, систему связи, выполненную с возможностью связи с любой линзой, вставленной в указанный корпус, включая активацию указанной линзы и загрузку данных, хранящихся в указанной памяти в указанной линзе; память, выполненную с возможностью хранения загруженных данных; и средства для связи с внешним компьютером для передачи данных, полученных из указанной памяти в указанной линзе.

Электронная офтальмологическая линза с датчиком положения века и/или датчиком движения глаза в соответствии с настоящим изобретением лишена ограничений, связанных с предшествующим уровнем техники, как кратко описано выше. Данные датчики могут быть включены в контактную линзу взамен использованию клинической среды или очков, что является стандартным для существующих систем обнаружения, направленных на глаз. Датчики имеют размер и уровень потребления тока, подходящие для применения в контактной линзе. Датчики также выводят информацию, необходимую для определения того, спит пользователь или бодрствует.

В соответствии с одним аспектом настоящее изобретение относится к офтальмологической линзе с электропитанием. Офтальмологическая линза с электропитанием включает в себя контактную линзу, систему датчиков положения века, встроенную в контактную линзу, систему датчиков положения глаза, системный контроллер и устройство управления данными. Система датчиков положения века включает в себя матрицу датчиков, имеющую, по меньшей мере, один из множества индивидуальных датчиков, разнесенных друг от друга по вертикали, и датчик непрерывного диапазона давления и/или емкости для обнаружения положения века. Система датчиков положения глаза включает в себя, по меньшей мере, один датчик для обнаружения положения глаза. Системный контроллер выполнен с возможностью получения данных от каждого отдельного датчика в матрице датчиков для обнаружения положения века и обеспечения выходного сигнала управления. Устройство управления данными выполнено с возможностью приема выходного контрольного сигнала и записи в журнал данных, относящихся ко сну пользователя. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления контактная линза включает в себя оптическую зону и периферийную зону, в которых расположены электрические компоненты. В альтернативном варианте осуществления система датчиков положения века включает в себя датчик в виде полоски вместо множества отдельных датчиков.

В соответствии с еще одним аспектом настоящее изобретение относится к офтальмологической линзе с электропитанием. Офтальмологическая линза с электропитанием включает в себя интраокулярную линзу, систему датчиков положения века, встроенную в интраокулярную линзу, систему датчиков положения глаза, системный контроллер и устройство управления данными. Система датчиков положения века включает в себя матрицу датчиков, имеющую множество индивидуальных датчиков, разнесенных друг от друга по вертикали для обнаружения положения века. Система датчиков положения глаза включает в себя, по меньшей мере, один датчик для обнаружения положения глаза. Системный контроллер выполнен с возможностью получения данных от каждого отдельного датчика для обеспечения выходного контрольного сигнала. Устройство управления данными выполнено с возможностью приема выходного контрольного сигнала и записи в журнал данных, относящихся ко сну пользователя.

В, по меньшей мере, одном варианте осуществления преимущественным является обеспечение механизма, с помощью которого отслеживается засыпание работника.

Настоящее изобретение относится к офтальмологической линзе с электропитанием или электронной офтальмологической линзе, в которую может быть встроен датчик положения века и датчик положения глаза. Известно, что веки защищают глазное яблоко множеством способов, в том числе посредством рефлекса моргания и распределения слезной жидкости по его поверхности. Рефлекс моргания предотвращает травмы глазного яблока посредством быстрого закрытия век в ответ на ощутимую угрозу глазу. Моргание также распределяет слезную жидкость по поверхности глазного яблока, поддерживая его влажность и смывая бактерии и другие чужеродные объекты. Однако перемещение век также может указывать на другие действия или функции в процессе работы. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления датчик положения века можно использовать для определения того, уснул ли субъект, носящий электронную офтальмологическую линзу.

В более общем смысле настоящее изобретение относится к контактной линзе с электропитанием, включающей в себя электронную систему, которая выполняет любое количество функций, включая приведение в действие оптики с переменным фокусом при наличии. Электронная система включает в себя одну или более батарей или других источников питания, схему управления питанием, один или более датчиков, схему генерирования тактовых сигналов, алгоритмы и схему управления, а также схему привода линзы.

Управление офтальмологической линзой с электропитанием может осуществляться с помощью внешнего устройства с ручным управлением, которое связывается с линзой беспроводным образом, такого как портативный блок дистанционного управления. Альтернативно, управление офтальмологической линзой с электропитанием может осуществляться посредством сигналов обратной связи или управления, поступающих непосредственно от пользователя. Например, датчики, встроенные в линзу, могут обнаруживать моргания и/или характер моргания. На основе характера или последовательности морганий офтальмологическая линза с электропитанием может менять рабочее состояние, например, между рабочим состоянием бодрствования и рабочим состоянием сна. В альтернативном варианте осуществления датчики могут включать в себя, например, датчик давления, геркон, датчик солесодержания, биодатчик и емкостный датчик для обеспечения сигнала, указывающего на то, что линза была вставлена.

Алгоритм распознавания моргания в, по меньшей мере, одном варианте осуществления является компонентом системного контроллера, который обнаруживает характеристики морганий, например, когда веко открыто или закрыто, продолжительность пребывания века в открытом или закрытом состоянии, временные интервалы между морганиями и количество морганий за конкретный период времени. Алгоритм в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления настоящего изобретения основывается на выборке падающего на глаз света при конкретной частоте выборки. Предварительно заданный характер моргания сохраняется и сравнивается с последними данными выборки падающего света. Если характеры совпадают, алгоритм распознавания моргания приводит в действие системный контроллер, например, для переключения в конкретное рабочее состояние.

Алгоритм распознавания моргания и соответствующая схема в, по меньшей мере, одном варианте осуществления работают в достаточно широком диапазоне условий освещенности и предпочтительно способны отличать последовательность преднамеренных морганий или закрытые веки от непроизвольных морганий. Также предпочтительно, что для использования преднамеренных морганий для активации и/или управления офтальмологической линзой с электропитанием необходимо минимальное обучение. Алгоритм распознавания моргания и соответствующая схема настоящего изобретения обеспечивают безопасные, низкозатратные и надежные средства и способ обнаружения морганий с помощью контактной линзы с электропитанием или электронной контактной линзы, которая также имеет низкий уровень потребления энергии и выполнена в масштабах позволяющих ее включение в офтальмологическую линзу, для выполнения, по меньшей мере, одного из следующих действий: активации офтальмологической линзы с электропитанием или электронной офтальмологической линзы или управления ею.

Настоящее изобретение также относится к офтальмологической линзе с электропитанием или электронной офтальмологической линзе, в которую встроен датчик положения века.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ РИСУНКОВ

Вышеизложенные и прочие элементы и преимущества изобретения станут понятны после следующего более подробного описания предпочтительных вариантов осуществления изобретения, показанных на прилагаемых рисунках.

На ФИГ. 1A и 1B проиллюстрирована контактная линза, имеющая системы датчиков в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления настоящего изобретения.

На ФИГ. 2 показано графическое представление зависимости падающего на поверхность глаза света от времени, иллюстрирующее зависимость возможного характера непроизвольных морганий, зарегистрированного при разных уровнях интенсивности освещенности, от времени, и применимое пороговое значение уровня на основе некоторой точки между максимальным и минимальным уровнями интенсивности освещенности в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления настоящего изобретения.

На ФИГ. 3 показана схема перехода между состояниями системы датчиков положения века в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления настоящего изобретения.

На ФИГ. 4 проиллюстрировано схематическое представление тракта фотодетектирования, использующегося для обнаружения и выборки полученных световых сигналов в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления настоящего изобретения.

На ФИГ. 5 изображена блок-схема цифровой логической схемы нормирования в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления настоящего изобретения.

На ФИГ. 6 изображена блок-схема цифровой логической схемы обнаружения в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления настоящего изобретения.

На ФИГ. 7 изображена схема временной диаграммы в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления настоящего изобретения.

На ФИГ. 8A и 8B проиллюстрированы схематические представления цифровых системных контроллеров в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления настоящего изобретения.

На ФИГ. 9A-9G проиллюстрированы временные диаграммы для автоматического управления усилением в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления настоящего изобретения.

На ФИГ. 10 схематически представлены светоизолирующая и светопропускающая области кристалла интегральной схемы в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления настоящего изобретения.

На ФИГ. 11 проиллюстрировано схематическое представление электронной вставки, включающей в себя детектор морганий, для контактной линзы с электропитанием в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления настоящего изобретения.

На ФИГ. 12A и 12B проиллюстрированы схематические представления датчиков положения века в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления настоящего изобретения.

На ФИГ. 13А проиллюстрировано схематическое представление двух датчиков положения века, имеющих канал связи для синхронизации работы между двумя глазами, в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления настоящего изобретения.

На ФИГ. 13B проиллюстрировано схематическое представление одного датчика положения века, имеющего канал связи для связи с внешним устройством, в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления настоящего изобретения.

На ФИГ. 14A проиллюстрировано схематическое представление электронной системы, включенной в контактную линзу, для обнаружения положения века в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления настоящего изобретения.

На ФИГ. 14B проиллюстрирован увеличенный вид электронной системы, показанной на ФИГ. 14A.

На ФИГ. 15 проиллюстрировано схематическое представление выходных сигналов датчиков положения века в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления настоящего изобретения.

На ФИГ. 16A проиллюстрировано схематическое представление еще одной электронной системы, включенной в контактную линзу, для обнаружения положения века в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления настоящего изобретения.

На ФИГ. 16B проиллюстрирован увеличенный вид электронной системы, показанной на ФИГ. 16A.

На ФИГ. 17A-17C проиллюстрированы схематические представления системы обнаружения положения века в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления настоящего изобретения.

На ФИГ. 17D проиллюстрирован увеличенный вид электронной системы, показанной на ФИГ. 17A-17C.

На ФИГ. 18A проиллюстрировано схематическое представление системы обнаружения положения и конвергенции зрачков, включенной в контактную линзу, в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления настоящего изобретения.

На ФИГ. 18B показан увеличенный вид системы обнаружения положения и конвергенции зрачков, показанной на ФИГ. 18A.

На ФИГ. 18C проиллюстрировано наложение осей X, Y и Z на глаз.

На ФИГ. 19 изображена блок-схема варианта осуществления датчика вставки в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления настоящего изобретения.

На ФИГ. 20 проиллюстрированы блок-схема базовой системы, имеющей множество датчиков, системный контроллер и механизм уведомления, при этом решение относительно активации принимается на основании выходных сигналов от двух или более датчиков в соответствии с настоящим изобретением.

На ФИГ. 21 проиллюстрирована блок-схема способа, посредством которого системный контроллер определяет, должно ли быть изменено состояние механизма уведомления на основе входных данных от датчика в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления.

На ФИГ. 22 проиллюстрирована блок-схема коробки для хранения в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления настоящего изобретения.

На ФИГ. 23 представлена блок-схема способа, согласно которому системный контроллер отслеживает сон в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления настоящего изобретения.

На ФИГ. 24 представлена блок-схема способа, согласно которому системный контроллер отслеживает сон в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления настоящего изобретения.

На ФИГ. 25 представлена блок-схема способа, согласно которому системный контроллер отслеживает сон в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Стандартные контактные линзы являются полимерными структурами с установленными формами для коррекции различных проблем со зрением, которые были кратко упомянуты выше. Для достижения улучшенных функциональных возможностей различные схемы и компоненты могут быть встроены в эти полимерные структуры. Например, управляющие схемы, микропроцессоры, устройства связи, блоки питания, датчики, устройства управления данными, светодиоды и миниатюрные антенны могут быть встроены в контактные линзы посредством изготовленных на заказ оптоэлектронных компонентов, предназначенных не только для коррекции зрения, но и для его улучшения и обеспечения дополнительной функциональности, как объясняется в настоящем документе. Электронные контактные линзы и/или контактные линзы с электропитанием могут быть выполнены с возможностью улучшения зрения посредством увеличения или уменьшения фокусного расстояния или простого изменения рефракционных возможностей линз. Электронные контактные линзы и/или контактные линзы с электропитанием могут быть выполнены с возможностью улучшения цвета и разрешающей способности, отображения текстовой информации, преобразования речи в субтитры в режиме реального времени, передачи визуальных ориентиров от навигационной системы и обеспечения обработки изображений и доступа к сети Интернет. Линзы могут быть выполнены с возможностью позволять пользователю видеть в условиях низкой освещенности. Надлежащим образом выполненные электронные компоненты и/или расположение электронных компонентов на линзах могут позволить проецировать изображение на сетчатку, например, без оптической линзы с переменным фокусом, предоставить новые устройства отображения изображения или даже предоставить уведомления для пробуждения. Кроме того, датчики, встроенные в линзы, могут быть использованы для обнаружения падающего на глаз света для компенсации условий внешнего света или для применения при определении характеров моргания и того, спит пользователь или бодрствует.

Контактная линза с электропитанием или электронная контактная линза, по меньшей мере, в одном варианте осуществления включает в себя необходимые элементы для отслеживания сна пользователя с наличием или отсутствием элементов, необходимых для коррекции и/или улучшения зрения пациентов с одним или более из описанных выше дефектов зрения или выполнения полезных офтальмологических функций иным образом. Кроме того, электронная контактная линза может использоваться просто для улучшения нормального зрения или обеспечения широкого спектра функциональных возможностей, как описано выше. Электронная контактная линза может иметь оптическую линзу с переменным фокусом, переднее оптическое устройство в сборе, встроенное в контактную линзу, или просто встраиваемые электронные компоненты без линзы для обеспечения любых подходящих функциональных возможностей. Электронная линза настоящего изобретения может быть встроена в любое количество контактных линз, как описано выше. Кроме того, в интраокулярные линзы могут быть также встроены различные компоненты и функциональные возможности, описанные в настоящем документе. Однако для простоты объяснения описание будет сфокусировано на электронной контактной линзе, предназначенной для однократного ежедневного использования.

Настоящее изобретение может быть использовано в офтальмологической линзе с электропитанием или контактной линзе с электропитанием, имеющей электронную систему, которая приводит в действие оптику с переменным фокусом или любое другое устройство или устройства, выполненные с возможностью реализации любого числа из многочисленных функций, которые могут быть выполнены. Электронная система включает в себя одну или более батарей или других источников питания, схему управления питанием, один или более датчиков, схему генерирования тактовых сигналов, алгоритмы и схему управления, а также схему привода линзы. Сложность данных компонентов может варьироваться в зависимости от необходимых или желательных функциональных возможностей линзы. В альтернативном варианте осуществления контактная линза может просто отслеживать сон пользователя, включая сон с быстрым движением глаз (REM), в, по меньшей мере, одном варианте осуществления.

Управление электронной офтальмологической линзой или офтальмологической линзой с электропитанием может осуществляться с помощью внешнего устройства с ручным управлением, которое связывается с линзой, такого как портативный блок дистанционного управления. Например, брелок может беспроводным образом связываться с линзой с электропитанием на основе ручного ввода данных пользователем. Альтернативно, управление офтальмологической линзой с электропитанием может осуществляться посредством сигналов обратной связи или управления, поступающих непосредственно от пользователя. Например, датчики, встроенные в линзу, могут обнаруживать моргания, характеры моргания, закрытия века и/или движения глаза. На основании характера или последовательности морганий и/или движений офтальмологическая линза с электропитанием может изменять рабочее состояние, например рабочее состояние линзы, и начинать отслеживать сон пользователя. Еще одной альтернативой является то, что пользователь не может управлять работой офтальмологической линзы с электропитанием.

На ФИГ. 1A представлена система отслеживания сна в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления. Показанная система включает в себя систему 110 датчиков положения века, систему 120 датчиков движения глаза, системный контроллер 132 и устройство 134 управления данными. Системы датчиков электрически соединены с системным контроллером 132, который, в свою очередь, соединен с устройством 134 управления данными. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления устройство 134 управления данными включает в себя накопитель, соединенный с памятью. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления устройство 134 управления данными объединено с системным контроллером 132.

Показанная на ФИГ. 1B система 110 датчиков положения века включает в себя, по меньшей мере, один датчик, электрически соединенный с компонентом(ами) для обработки сигнала. По меньшей мере, один датчик предназначен для обнаружения закрытия века и может иметь различные формы, что описывается ниже в настоящем изложении.

Показанная на ФИГ. 1B система 120 датчиков движения глаза включает в себя, по меньшей мере, один датчик, электрически соединенный с процессором обработки сигналов. Этот, по меньшей мере, один датчик может иметь различные формы, что описывается ниже в настоящем описании. К примерам относятся акселерометр и преобразователь.

В альтернативном варианте осуществления интегральная схема или иной электрический компонент, содержащий в себе системный контроллер, также обеспечивает обработку сигнала этих двух систем датчиков.

На ФИГ. 1A также представлен источник 130 питания, который в, по меньшей мере, одном варианте осуществления, обеспечивает питанием другие компоненты системы. На ФИГ. 1A представлена необязательная система 140 управления ресурсами, которая будет описана ниже.

Системный контроллер в, по меньшей мере, одном альтернативном варианте осуществления применяет способ обнаружения моргания для обнаружения характеристик моргания, например того, закрыто веко или открыто, длительности моргания, интервала между морганиями, количества морганий в заданный промежуток времени и длительности закрытия века. В способе в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления настоящего изобретения используется получение выборки падающего на глаз света при выполнении измерений с конкретной частотой. Предварительно заданный характер моргания сохраняется и сравнивается с последними данными выборки падающего света. Если характеры совпадают, обнаружение моргания может привести в действие системный контроллер, например, для активации или деактивации отслеживания сна. Обнаружение моргания в дополнительном варианте осуществления отличает предварительно заданные характеры моргания от движений века, связанных с сонливостью или сном.

Моргание - это быстрое закрывание и открывание век, а также важная функция глаза. Моргание защищает глаз от чужеродных объектов, например, человек моргает, когда объекты неожиданно появляются вблизи глаза. Моргание обеспечивает смазку передней поверхности глаза путем распределения по ней слезной жидкости. Моргание также служит для удаления загрязнений и/или раздражителей из глаза. Как правило, моргание происходит автоматически, но внешние факторы могут способствовать морганию, как и в случае с раздражителями. Однако моргание также может быть целенаправленным, например, люди, не способные к вербальному общению или общению с помощью жестов, могут моргнуть один раз, чтобы сказать «да», и два раза, чтобы сказать «нет». Способ обнаружения моргания и система в одном альтернативном варианте осуществления используют характеры моргания, которые невозможно спутать с нормальной реакцией глаза в виде моргания. Другими словами, если моргание должно использоваться в качестве средства управления действием, то конкретный характер, выбранный для определенного действия, не может осуществляться случайно; в противном случае могут происходить непреднамеренные действия. Поскольку на скорость и/или частоту моргания может влиять множество факторов, включая усталость, сосредоточенность, скуку, повреждение глаза, прием препаратов и заболевание, характеры моргания, которые используются в целях управления, предпочтительно учитывают эти и любые другие переменные факторы, влияющие на моргание. Средняя продолжительность непроизвольных морганий находится в диапазоне от приблизительно 100 (ста) до 400 (четырехсот) миллисекунд. В среднем взрослые мужчины и женщины моргают с частотой 10 (десять) непроизвольных морганий в минуту, а среднее время между непроизвольными морганиями составляет приблизительно от 0,3 до 70 (семидесяти) секунд. Движения век могут также указывать на другие состояния, такие как сонливость, поскольку веки имеют общую тенденцию к закрытию через определенный период времени или закрываются на определенный период времени, что указывает на сон пользователя.

Обнаружение моргания может в целом состоять из следующих этапов.

1. Определение преднамеренной «последовательности морганий», которую пользователь выполнит для положительного обнаружения моргания или которая является представлением наступления сна.

2. Выборка уровня падающего света со скоростью, соответствующей обнаружению последовательности морганий и исключению непроизвольных морганий.

3. Сравнение истории отобранных уровней освещенности с ожидаемой «последовательностью морганий», как определено шаблоном значений моргания.

4. Факультативная реализация последовательности «маски» моргания для указания частей шаблона, которые должны быть проигнорированы во время сравнения, например, у границ переходов. Это может предоставить пользователю возможность отклониться от желаемой «последовательности морганий», например, плюс или минус 1 (одно) окно об ошибке, при этом может произойти одно или несколько из следующих действий: активация линзы, управление ею и изменение ее фокуса. Кроме того, это может позволить изменить пользовательскую синхронизацию последовательности морганий.

Следует понимать, что ряд ожидаемых или предполагаемых характеров моргания может быть запрограммирован в устройство с одним или несколькими действиями за раз и, по меньшей мере, в одном варианте осуществления управлением использования конкретных характеров моргания, которые должны быть использованы в конкретном рабочем состоянии. Более конкретно, множество ожидаемых или предполагаемых характеров моргания может быть использовано для одной и той же цели или функциональной возможности или для реализации различных или альтернативных функциональных возможностей. Например, один характер моргания может быть использован для изменения линзой рабочего состояния между, по меньшей мере, рабочим состоянием сна и рабочим состоянием бодрствования. Обнаружение моргания в, по меньшей мере, одном варианте осуществления может также обнаружить, когда веки остаются закрытыми, что будет обнаружено в качестве непрерывного моргания; веки имеют траекторию движения для закрытия на время сна, что будет обнаружено в качестве частичного моргания или последовательности частичных морганий, например, если часть датчиков перекрывается веком после моргания; и опускание век, которое будет обнаружено в качестве изменения положения стабильного состояния верхнего и/или нижнего века с его нормального положения стабильного состояния, например, с наличием или отсутствием подтверждения положения взгляда и/или опускания головы.

Примером способа определения того, засыпает ли пользователь, является отслеживание длительностей периода моргания и длительностей периода открытых век. В альтернативном варианте осуществления длительности периода частично открытых век отслеживаются в дополнение к или вместо длительностей периода открытых век. Как правило, соотношение между морганиями и открытыми веками будет составлять от 1: 15 до 1: 22, но по мере засыпания пользователя длительности периода моргания будут увеличиваться, тогда как длительности периода открытых век будут уменьшаться. В системе, которая включает в себя множество регистров для сохранения длительностей периода, запуск последовательностей соотношений между периодами моргания и периодами открытых век может поддерживаться, так что по мере того, как данная тенденция соотношений приближается к предварительно заданному пороговому значению засыпания, пользователь скорее всего начнет засыпать. Примеры предварительно заданного порогового значения засыпания включают, помимо всего прочего, один к 1, 2, 3, 4, 5 и 10. Системный контроллер может быть выполнен с возможностью сравнения соотношений и отслеживания продолжительностей периода через подвижное окно. В альтернативном варианте осуществления системный контроллер будет сохранять только информацию о длительности периода, связанную с нестандартными морганиями для предварительно заданного окна, поскольку пользователь может заметить, что он засыпает, и быть более внимательным перед еще одним длительным периодом моргания. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления, когда обнаруживается, что пользователь начинает засыпать, частота выборки датчика(ов) может увеличиться для повышения разрешения данных. В дополнительном варианте осуществления устройство управления данными регистрирует в журнале, что частота выборки изменилась, а в еще одном дополнительном варианте осуществления записывается обозначение используемой частоты выборки.

В альтернативном варианте осуществления системный контроллер будет определять соотношение между морганием и открытыми веками для пользователя в предварительно заданное время (моменты времени). Примеры предварительно заданного времени (моментов времени) включают, помимо всего прочего, сразу после вставки линзы, через один час, через два часа, через четыре часа и любое сочетание вышеизложенного. В альтернативном или дополнительном варианте осуществления системный контроллер будет определять соотношение между морганием и открытыми веками для пользователя, когда обнаруживается изменение фокуса одного или обоих глаз или увеличивается время между морганиями, так что увеличение достигает предварительно заданного порогового значения, указывающего, например, на то, что пользователь концентрируется на чем-то или пользователю становится скучно. Данное относящееся к пользователю соотношение будет использовано для вычисления предварительно заданного порогового значения засыпания. Пример вычисления включает взятие доли соотношения, относящегося к пользователю, например уменьшенного на четверть (например, с 1: 20 до 1: 15), половину (например, с 1: 20 до 1: 10) или три четверти (например, с 1: 20 до 1: 5). На основании данного примера специалисту в данной области техники будет понятно, что возможен ряд уменьшений.

Дополнительным примером засыпания является скорость, с которой открываются и закрываются веки во время моргания. Исследование показало, что среднее время закрытия века составляет 92 мc плюс-минус 17 мc и среднее время открытия века составляет 242 мc плюс-минус 55 мc. BanderWerf и соавт., ʺEyelid Movements: Behavioral Studies of Blinking in Humans under Different Stimulus Conditions,ʺ Journal of Physiology, май 2003 г., том 89, № 5, страницы 2784-2796. Системный контроллер в, по меньшей мере, одном варианте осуществления сохраняет запущенный список моментов времени для, по меньшей мере, одного из закрытия века и открытия века для предоставления возможности определения того, меняется ли скорость перемещения отслеживаемого века. Так что, если скорость последовательности морганий снижается, тогда системный контроллер имеет основание для определения того, что пользователь засыпает. В дополнительном варианте осуществления скорость измеряется в качестве соотношения между расстоянием от положения закрытого века до положения открытого века и временем, за которое осуществляется прохождение века между данными двумя точками.

Еще одним дополнительным примером засыпания является замедление скачкообразного перемещения зрачка пользователя линзы. Нормальным является то, что когда человек просыпается, его глаза быстро перемещаются скачкообразным образом вследствие физиологических соображений. Когда человек засыпает, данные движения будут замедляться при открытых веках. Система датчиков движения глаза в, по меньшей мере, одном варианте осуществления используется для отслеживания движения зрачка и может предоставить данную информацию на системный контроллер для сравнения с запущенным списком данных о движении глаз, отображающих интенсивность, продолжительность и скорость движения зрачков.

В дополнительном варианте осуществления системный контроллер будет использовать сигналы от акселерометра для определения того, опускается ли голова пользователя в сочетании с любой большей длительностью периода моргания, затем системный контроллер в, по меньшей мере, одном варианте осуществления будет понижать пороговое значение засыпания или в качестве альтернативы использовать опускание головы в качестве подтверждения того, что пользователь начинает засыпать, и необходимо уведомление.

На ФИГ. 1B в виде блок-схемы проиллюстрирована контактная линза 100 в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления. В представленном варианте осуществления контактная линза 100 включает в себя систему 110 датчиков положения века, систему 120 датчиков движения глаза, системный контроллер 132, источник 130 питания и устройство 134 управления данными. Изображенная система 110 датчиков положения века включает в себя фотодатчик 112, усилитель 114, аналого-цифровой преобразователь (или АЦП) 116 и процессор 118 обработки цифровых сигналов. Изображенная система 120 датчиков движения глаза содержит датчик 122 и процессор 124 обработки сигналов, например приемный формирователь сигнала при выборке.

При расположении контактной линзы 100 на передней поверхности глаза пользователя электронная схема детектора моргания может быть использована для обнаружения моргания в, по меньшей мере, одном варианте осуществления. Фотодатчик 112, а также другие схемы, выполнены с возможностью обнаружения морганий, различных характеров морганий, выполняемых глазом пользователя, и/или уровня закрытия века.

В данном варианте осуществления фотодатчик 112 может быть встроен в контактную линзу 100 и принимает внешний свет 141, преобразовывая попадающие на него фотоны в электроны и таким образом направляя ток, обозначенный стрелкой 113, к усилителю 114. Фотодатчик или фотодетектор 112 может включать в себя любое подходящее устройство. В одном варианте осуществления фотодатчик 112 включает в себя фотодиод. По меньшей мере, в одном варианте осуществления фотодиод реализован в виде комплементарного металлооксидного полупроводника (технология, основанная на процессе КМОП) для повышения возможности интеграции и снижения общего размера фотодатчика 112 и других схем. Ток 113 пропорционален уровню падающего света, и он по существу уменьшается, когда веко закрывает фотодетектор 112. Усилитель 114 создает выходной сигнал, пропорциональный входному сигналу с коэффициентом усиления, и может функционировать как трансимпедансный усилитель, который преобразует входной ток в выходное напряжение. Усилитель 114 может усиливать сигнал до уровня, подходящего для применения в остальной системе, например придавая сигналу достаточное напряжение и мощность, чтобы его можно было направлять на АЦП 116. Например, усилитель может быть необходим для работы последующих блоков, так как выходной сигнал фотодатчика 112 может быть достаточно небольшим и может применяться в условиях низкой освещенности. Усилитель 114 может быть реализован в качестве усилителя с переменным усилением, усиление которого может регулироваться системным контроллером 132 по обратной связи, для максимизации динамического диапазона системы. Помимо системы усиления, усилитель 114 может включать в себя другую схему нормирования аналогового сигнала, такую как схема фильтрации и иные схемы, подходящие для выходных сигналов фотодатчика 112 и усилителя 114. Усилитель 114 может включать в себя любое подходящее устройство для усиления и нормирования выходного сигнала фотодатчика 112. Например, усилитель 114 может включать в себя один операционный усилитель или более сложную схему, содержащую один или несколько операционных усилителей. Фотодатчик может представлять собой переключаемую матрицу фотодиодов, а усилитель может представлять собой интегратор. Как было указано выше, фотодатчик 112 и усилитель 114 выполнены с возможностью обнаружения и выделения последовательностей морганий на основе интенсивности падающего на глаз света и преобразования входного тока в цифровой сигнал, который в итоге подходит для использования системным контроллером 132. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления системный контроллер 132 предварительно запрограммирован или выполнен с возможностью распознавания различных последовательностей моргания, характеров моргания и/или закрытий века (частично или полностью) в различных условиях уровня интенсивности освещенности и направления соответствующего выходного сигнала на устройство 134 управления данными. По меньшей мере, в одном варианте осуществления системный контроллер 132 также включает в себя специальное запоминающее устройство.

В этом варианте осуществления АЦП 116 может применяться для преобразования непрерывного аналогового выходного сигнала от усилителя 114 в дискретизированный сигнал, подходящий для дополнительной обработки сигнала. Например, АЦП 116 может преобразовывать аналоговый выходной сигнал от усилителя 114 в цифровой сигнал, который может быть использован последующими или расположенными далее схемами, такими как процессор 118 обработки цифровых сигналов. Процессор 118 обработки цифровых сигналов можно использовать для обработки цифровых сигналов, включая одно или более из фильтрации, обработки, обнаружения и иного управления выбранными данными/обработки данных с целью обеспечения обнаружения падающего света для применения ниже по потоку. Процессор 118 обработки цифровых сигналов может быть предварительно запрограммирован с использованием последовательностей моргания и/или характеров моргания, описанных выше, наряду с последовательностью моргания, указывающей на продолжительное закрытие века или движение века. Процессор 118 обработки цифровых сигналов также в, по меньшей мере, одном варианте осуществления включает в себя соответствующую память, которая в, по меньшей мере, одном варианте осуществления хранит набор шаблонов и масок для обнаружения, например, характеров моргания для каждого рабочего состояния, которое выбирается системным контроллером 132. Процессор 118 обработки цифровых сигналов может быть реализован с использованием аналоговых схем, цифровых схем, программного обеспечения или их комбинации. В проиллюстрированном варианте осуществления он реализован в цифровой схеме. АЦП 116 вместе с соответствующим усилителем 114 и процессором 118 обработки цифровых сигналов активируются с приемлемой частотой в соответствии с ранее описанной частотой выборки, например каждые 100 (сто) мс, что подлежит регулировке в, по меньшей мере, одном варианте осуществления.

В, по меньшей мере, одном варианте осуществления в качестве датчика 122 можно использовать любое подходящее устройство, позволяющее обнаруживать движение глаза, а более конкретно, зрачка, и можно использовать более одного датчика 122. Выходной сигнал датчика 122 принимается, отбирается и нормируется процессором 124 обработки сигналов. Процессор 124 обработки сигналов может содержать любое количество устройств, в том числе усилитель, трансимпедансный усилитель, аналого-цифровой преобразователь, фильтр, процессор обработки цифровых сигналов и соответствующие схемы для приема данных от датчика 122 и генерирования выходного сигнала в формате, подходящем для остальной системы. Процессор 124 обработки сигналов может быть реализован с использованием аналоговых схем, цифровых схем, программного обеспечения и/или их сочетания. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления процессор 124 обработки сигналов разработан совместно с датчиком 122, например, схемы для получения и нормирования сигнала акселерометра отличаются от схем, предназначенных для датчика мышечной активности или оптической системы отслеживания зрачка. Выходной сигнал процессора 124 обработки сигналов, по меньшей мере, в одном варианте осуществления представляет собой поток дискретизированных цифровых значений и может содержать данные об абсолютном или относительном положении, движении, обнаруженном взгляде в соответствии с конвергенцией или другие данные. Системный контроллер 132 принимает входной сигнал от процессора 124 обработки сигналов положения и использует данную информацию вместе с входным сигналом системы датчиков положения века для определения того, что пользователь спит.

В, по меньшей мере, одном варианте осуществления процессоры 118 и 124 обработки сигналов объединены в один процессор обработки сигналов (или изготовлены в виде одного сигнального процессора).

Источник 130 питания подает питание на многочисленные компоненты в системе. Питание может подаваться от батареи, устройства сбора энергии или другого приемлемого средства, известного среднему специалисту в данной области. По существу, можно использовать любой тип источника 130 питания для обеспечения надежного питания для всех других компонентов системы. Последовательность морганий, по меньшей мере, в одном варианте осуществления может быть использована для изменения рабочего состояния системы и/или системного контроллера. Более того, системный контроллер 132 может управлять другими аспектами контактной линзы с электропитанием в зависимости от входного сигнала от процессора 118 обработки цифровых сигналов и/или процессора 124 обработки сигналов, например, путем изменения фокуса или преломляющей способности линзы с электронным управлением через исполнительное устройство.

В, по меньшей мере, одном варианте осуществления системный контроллер 132 будет определять рабочее состояние линзы на основании полученного характера моргания, например, для запуска или прекращения отслеживания сна, хотя в альтернативном варианте осуществления возможны другие рабочие состояния, одновременно или по отдельности. В дополнение к данному варианту осуществления или в альтернативном варианте осуществления рабочее состояние будет определять набор шаблонов и масок моргания, который должен быть использован процессором 118 обработки цифровых сигналов в данном рабочем состоянии, а также управлять действиями устройства 134 управления данными в ответ на обнаружение системным контроллером 132 того, что пользователь заснул. В дополнительном альтернативном варианте осуществления линза, предназначенная для использования во время рабочей смены, будет работать с использованием исключительно шаблона моргания, указывающего на наступление сна, и не будет менять рабочее состояние на основании какого-либо характера моргания пользователя.

Системный контроллер 132 использует сигнал от цепи фотодатчика; а именно, фотодатчика 112, усилителя 114, АЦП 116 и системы 118 обработки цифровых сигналов, для сравнения выборочных уровней освещенности для определения уровня закрытия век и/или характеров активации моргания.

На ФИГ. 2 проиллюстрировано графическое представление образцов характера моргания, записанных при различных уровнях интенсивности освещенности в зависимости от времени, а также используемый пороговый уровень. Соответственно, учет различных факторов может уменьшить и/или предотвратить погрешность при обнаружении морганий при выборке падающего света на глаз, например учет изменений уровней интенсивности освещенности в различных местах и/или при выполнении различных действий. Кроме того, при выборке падающего на глаз света учет эффектов, которые изменяются с интенсивностью внешнего света, воздействующих на глаз и веко, может также уменьшить и/или предотвратить погрешность при обнаружении морганий, например того, какой диапазон видимого спектра блокируется веком, когда оно закрыто, в условиях низкой интенсивности освещенности и высокой интенсивности освещенности. Другими словами, для предотвращения использования ошибочных характеров моргания для управления предпочтительно учитывается уровень внешнего света, как более подробно объяснено далее.

Например, в процессе исследований было определено, что в среднем веко блокирует приблизительно 99 (девяносто девять) процентов диапазона видимого спектра, но при меньших длинах волн через веко проникает еще меньше света, так что блокируется приблизительно 99,6 процента видимого спектра. При больших длинах волн, приближающихся к инфракрасной части спектра, веко может блокировать лишь 30 (тридцать) процентов падающего света. Важно отметить, что несмотря на это свет с различной частотой, длинами волны и интенсивностями может проникать сквозь веки с различной эффективностью. Например, глядя на источник яркого света, человек может видеть красный свет, закрыв глаза. Диапазон видимого спектра, блокируемого веком, может также изменяться у каждого человека, в зависимости, например, от пигментации его кожи. Как проиллюстрировано на ФИГ. 2, образцы данных характеров моргания при различных уровнях освещенности моделируются с временным интервалом в 70 (семьдесят) секунд, при этом уровни интенсивности видимого спектра, проходящего через глаз, записываются во время моделирования, на фигуре также проиллюстрировано использующееся пороговое значение. Пороговое значение устанавливается в пределах двойной амплитуды интенсивности видимого спектра, записанного для образцов характеров моргания во время моделирования при различных уровнях интенсивности освещенности. Возможность предварительного программирования характеров моргания при отслеживании среднего уровня освещенности с течением времени и регулировке порогового значения может являться критической для возможности обнаружения события, когда человек моргает, в противоположность событию, когда человек не моргает, и/или события, представляющего собой лишь изменение уровня интенсивности освещенности в определенной зоне.

Ссылаясь далее снова на ФИГ. 1A и 1B, в дополнительных альтернативных вариантах осуществления системный контроллер 132 может принимать входящий сигнал от источников, включающих одно или несколько из следующего: детектор морганий, датчики давления, акселерометр(ы), фотодатчики и брелок управления. В качестве обобщения и на основании данного описания специалисту в данной области техники будет понятно, что способ определения сна системным контроллером 132 может использовать один или несколько входных сигналов. Например, электронная контактная линза или контактная линза с электропитанием может быть запрограммирована конкретно на отдельного пользователя, например, линза запрограммирована на распознавание как характеров моргания человека, так и движения головы человека, которое обнаруживается с использованием акселерометра в течение дня, например покачивания головой с закрытыми веками. В некоторых вариантах осуществления использование более одного входного сигнала для определения сна электронной контактной линзой, например обнаружение моргания и движение головой, может предоставить возможность перекрестной проверки для каждого способа перед определением того, что должен наступить сон, как будет описано далее, опираясь на ФИГ. 20 и 21. Преимущество перекрестной проверки может включать уменьшение количества ложноположительных результатов, например сведение к минимуму риска непреднамеренного запуска линзы для уведомления и/или записи ошибочных данных. В одном варианте осуществления перекрестная проверка может включать схему голосования, при этом удовлетворяется определенное количество условий перед определением состояния сна. В дополнительном варианте осуществления перекрестная проверка может включать средневзвешенное значение, причем определенные входные сигналы будут считаться более важными, чем другие входные сигналы, например закрытие века и ориентация головы.

В альтернативном варианте осуществления системный контроллер 132 может выводить сигнал, указывающий на то, что пользователь заснул, во время рабочего состояния сна, тогда устройство 134 управления данными будет записывать информацию в память для последующего извлечения. В альтернативном варианте осуществления системный контроллер 132 сохраняет данные в памяти, связанной с системным контроллером 132, и не использует устройство 134 управления данными для сохранения данных. Как будет обсуждено далее в, по меньшей мере, одном варианте осуществления имеются таймеры, такие как накопитель, которые предоставляют отметку времени. Как изложено выше, линза с электропитанием настоящего изобретения может обеспечивать различные функциональные возможности.

На ФИГ. 3-17D представлены примеры системы датчиков положения века, а на ФИГ. 18A-18C представлен пример системы датчиков движения глаза. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления системы датчиков положения века используют обнаружение моргания для того, чтобы определить, закрыто ли веко и остается ли оно закрытым в течение множества выборок.

На ФИГ. 3 показана диаграмма 300 переключения состояний системы датчика положения века в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления. Система начинает работу с состояния IDLE 302, ожидая сигнала включения bl_go. Если разрешающий сигнал bl_go подтверждается, например, осциллятором и управляющей схемой, которые выдают импульсы bl_go с частотой 100 (сто) мс, соизмеримой с частотой выборки моргания, тогда машина состояний переходит в состояние WAIT_ADC 304, в котором АЦП приводится в действие для преобразования полученного уровня освещенности в цифровое значение. АЦП подтверждает сигнал adc_done для указания того, что его операции завершены, и система или машина состояний переходит в состояние СДВИГ 306. В состоянии СДВИГ 306 система передает последнее полученное выходное значение АЦП на сдвиговый регистр для сохранения истории образцов моргания. В некоторых вариантах осуществления выходное значение АЦП сначала сравнивается с пороговым значением для получения одиночного бита (1 или 0) для значения выборки, чтобы минимизировать требования по хранению. Система или машина состояний затем переходит в состояние СРАВНЕНИЕ 308, в котором значения в сдвиговом регистре истории выборок сравниваются с одним или более шаблонами и масками последовательности моргания, как описано выше. При выявлении совпадения может быть подтвержден один или несколько выходных сигналов, например сигнал для переключения состояния линзы в рабочее состояние сна или рабочее состояние бодрствования, или для оповещения о наступлении сна пользователя. Система или машина состояний затем переходит в состояние ГОТОВО 310 и подтверждает сигнал bl_done для указания того, что ее операции завершены.

На ФИГ. 4 проиллюстрирован тракт pd_rx_top сигнала фотодатчика или фотодетектора, который может быть использован для обнаружения и выборки полученных уровней освещенности. Тракт path pd_rx_top сигнала может включать в себя светодиод 402, трансимпедансный усилитель 404, звено 406 автоматической регулировки усиления и низкочастотной фильтрации (AGC/LPF) и АЦП 408. Сигнал adc_vref передается на АЦП 408 от источника 130 питания (см. АЦП 116 на ФИГ. 1B), или в альтернативном варианте осуществления он может поступать от специальной схемы внутри аналого-цифрового преобразователя 408. Выходной сигнал от АЦП 408, adc_data, передается на блок 118/132 обработки цифровых сигналов и системного контроллера (см. ФИГ. 1B). Несмотря на то что на ФИГ. 1B они проиллюстрированы в качестве отдельных блоков 118 и 132, для простоты объяснения обработка цифровых сигналов и системный контроллер реализованы в одном блоке 410. Сигнал включения adc_en, сигнал пуска adc_start и сигнал сброса adc_rst_n принимаются от блока системы обработки цифровых сигналов и системного контроллера 410, а на него передается сигнал завершения adc_complete. Тактовый сигнал, adc_clk, может быть получен от источника тактовых сигналов за пределами тракта сигнала, pd_rx_top, или от блока 410 обработки цифровых сигналов и системного контроллера. Важно отметить, что сигнал adc_clk и системные тактовые сигналы могут быть запущены на разных частотах. Также важно отметить, что в соответствии с настоящим изобретением может быть использовано любое количество различных АЦП, которые могут иметь разные интерфейсы и сигналы управления, но которые выполняют аналогичную функцию по обеспечению измеренного цифрового представления выходного сигнала аналоговой части сигнального пути фотодатчика. Разрешение фотодетектирования, pd_en, и усиление фотодетектирования, pd_gain, принимаются от блока 410 обработки цифровых сигналов и системного контроллера.

На ФИГ. 5 проиллюстрирована блок-схема цифровой логической схемы 500 нормирования, которая может быть использована для уменьшения полученного значения сигнала АЦП, adc_data, до значения одиночного бита pd_data. Цифровая логическая схема 500 нормирования может включать в себя цифровой регистр 502 для получения данных, adc_data, из тракта pd_rx_top сигнала фотодетектирования для формирования сохраненного значения сигнала adc_data_held. Цифровой регистр 502 выполнен с возможностью приема нового значения сигнала adc_data при получении сигнала adc_complete, а в противном случае - сохранения последнего принятого значения при получении сигнала adc_complete. Таким образом, система может отключить тракт сигнала фотодетектирования после фиксации данных для снижения потребления тока системой. Затем сохраненное значение данных может быть усреднено, например, посредством усреднения интеграцией со сбросом или других способов усреднения, реализованных в цифровой логической схеме, в схеме 504 генерирования порогового значения для получения одного или нескольких пороговых значений сигнала pd_th. Затем сохраненное значение данных может быть с использованием компаратора 506 сравнено с одним или несколькими пороговыми значениями для получения однобитного значения данных сигнала pd_data. Следует понимать, что операция сравнения может использовать гистерезис или сравнение с одним или несколькими пороговыми значениями при минимизации шума выходного сигнала pd_data. Цифровая логическая схема может дополнительно содержать блок pd_gain_adj 508 регулировки усиления для установки усиления звена 406 автоматической регулировки усиления и низкочастотной фильтрации в тракте сигнала фотодетектирования посредством сигнала pd_gain, как проиллюстрировано на ФИГ. 4, в соответствии с рассчитанными пороговыми значениями и/или в соответствии с сохраненным значением данных. Важно отметить, что в данном варианте осуществления шестибитные слова обеспечивают достаточное разрешение по динамическому диапазону для обнаружения моргания при минимизации сложности. На ФИГ. 5 проиллюстрирован альтернативный вариант осуществления, который включает в себя предоставление сигнала pd_gain_sdi управления, например, от последовательного интерфейса данных, который позволяет игнорировать автоматическое управление усилением, определенное блоком pd_gain_adj 508 регулировки усиления.

В одном варианте осуществления схема 504 генерирования порогового значения включает в себя пиковый детектор, детектор «долин» и схему вычисления порогового значения. В данном варианте осуществления пороговые значения и значения управления усилением могут быть сгенерированы следующим образом. Пиковый детектор и детектор «долин» выполнены с возможностью получения сохраненного значения сигнала adc_data_held. Пиковый детектор дополнительно выполнен с возможность предоставления выходного значения, pd_pk, которое быстро отслеживает увеличения значения adc_data_held и медленно снижается, если значение adc_data_held уменьшается. Действие аналогично работе классического диодного амплитудного детектора, хорошо известного в сфере электротехники. Детектор «долин» дополнительно выполнен с возможностью предоставления выходного значения pd_vl, которое быстро отслеживает уменьшения значения adc_data_held и медленно снижается до более высокого значения, если значение adc_data_held увеличивается. Действие детектора «долин» также аналогично работе диодного амплитудного детектора с разрядным резистором, связанным с положительным напряжением источника питания. Схема вычисления порогового значения выполнена с возможностью получения значений pd_pl и pd_vl, а также дополнительно выполнена с возможностью вычисления среднего показателя порогового значения pd_th_mid на основании среднего значения pd_pk и pd_vl. Схема 504 генерирования порогового значения предоставляет пороговое значение pd_th на основании среднего показателя порогового значения pd_th_mid.

Схема 504 генерирования порогового значения может быть дополнительно выполнена с возможностью обновления значений уровней pd_pk и pd_vl в ответ на изменения значения pd_gain. Если значение pd_gain увеличивается на один шаг, тогда значения pd_pk и pd_vl увеличиваются на коэффициент, равный ожидаемому увеличению усиления в тракте сигнала фотодетектирования. Если значение pd_gain уменьшается на один шаг, тогда значения pd_pk и pd_vl уменьшаются на коэффициент, равный ожидаемому снижению усиления в тракте сигнала фотодетектирования. Таким образом, состояния пикового детектора и детектора «долин», сохраненные в виде значений pd_pk и pd_vl, соответственно, и пороговое значение pd_th, рассчитанное из значений pd_pk и pd_vl, обновляются для соответствия изменениям усиления в тракте сигнала, следовательно, избегая неоднородностей или других изменений в состоянии или значении, возникающих только в результате намеренного изменения усиления в тракте сигнала фотодетектирования.

В дополнительном варианте осуществления схемы 504 генерирования порогового значения схема вычисления порогового значения может быть дополнительно выполнена с возможностью вычисления порогового значения pd_th_pk на основании пропорциональной или процентной доли значения pd_pk. По меньшей мере, в одном варианте осуществления пороговое значение pd_th_pk может быть преимущественно выполнено таким образом, чтобы составлять семь восьмых от значения pd_pk, вычисление которого может быть реализовано путем простого сдвига вправо на три бита и вычитания, как хорошо известно в данной области техники. Схема вычисления порогового значения может выбирать пороговое значение pd_th как меньшее из pd_th_mid и pd_th_pk. Таким образом, значение pd_th никогда не будет равняться значению pd_pk, даже после длительных периодов постоянного падения света на фотодиод, что может стать причиной того, что значения pd_pk и pd_vl будут равны. Следует понимать, что значение pd_th_pk обеспечивает обнаружение моргания после продолжительных интервалов. Работа схемы генерирования порогового значения дополнительно проиллюстрирована на ФИГ. 9, как обсуждается далее.

На ФИГ. 6 проиллюстрирована блок-схема цифровой логической схемы 600 обнаружения, которая может быть использована для реализации цифрового обнаружения моргания в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления. Цифровая логическая схема 600 обнаружения может включать сдвиговый регистр 602, выполненный с возможностью получения данных из тракта pd_rx_top сигнала фотодетектирования, как показано на ФИГ. 4, или от цифровой логической схемы нормирования, как показано на ФИГ. 5, как проиллюстрировано в данном случае в отношении сигнала pd_data, который имеет однобитовое значение. Сдвиговый регистр 602 сохраняет историю полученных значений выборки в данном случае в виде 24-битного регистра. Цифровая логическая схема 600 обнаружения дополнительно включает в себя блок 604 сравнения, выполненный с возможностью получения истории выборок и одного или более шаблонов bl_tpl и масок bl_mask на основании рабочего состояния (при необходимости) и выполненный с возможностью указания совпадения с одним или несколькими шаблонами и масками в отношении одного или нескольких выходных сигналов, которые могут быть сохранены для дальнейшего использования. По меньшей мере, в одном варианте осуществления рабочее состояние определяет набор шаблонов bl_tpl и масок bl_mask, который должен быть использован блоком 604 сравнения. По меньшей мере, в одном наборе шаблонов bl_tpl имеется, по меньшей мере, один шаблон сна, представляющий собой засыпание пользователя. В альтернативном варианте осуществления цифровая логическая схема 600 обнаружения дополнительно включает в себя блок сравнения, выполненный с возможностью включения одного или нескольких шаблонов сна и выполненный с возможностью указания совпадения с одним или несколькими шаблонами и масками в отношении одного или нескольких выходных сигналов, которые могут быть сохранены для дальнейшего использования. В данном альтернативном варианте осуществления линза не имеет рабочих состояний сна и бодрствования.

Выходной сигнал блока 604 сравнения фиксируется посредством D-триггера 606. Цифровая логическая схема 600 обнаружения может дополнительно включать в себя счетчик 608 или другой логический элемент для предотвращения последовательных сравнений одного и того же набора истории выборок с небольшими сдвигами вследствие операций маскирования. В предпочтительном варианте осуществления история выборок очищается или сбрасывается после определения положительного совпадения, таким образом, для определения последующего совпадения необходима выборка полной новой совпадающей последовательности. Цифровая логическая схема 600 обнаружения все еще может дополнительно включать в себя машину состояний или подобную управляющую схему для подачи сигналов управления в тракт сигналов фотодетектирования и АЦП. В некоторых вариантах осуществления сигналы управления могут генерироваться машиной управления состояниями, отделенной от цифровой логической схемы 600 обнаружения. Данная машина управления состояниями может являться частью блока обработки цифровых сигналов и системного контроллера 410.

В альтернативном варианте осуществления система определяет сон на основании количества циклов, в течение которых веко(и) остается(ются) закрытым(ыми). Система может сбрасывать счетчик, например регистр, в ноль или в единицу, в зависимости от реализации, как только обнаруживает закрытие века (век). Для каждого цикла, в течение которого веко(и) остается(ются) закрытым(ыми), счетчик увеличивает шаг на единицу. Когда счетчик достигает предварительно заданного порога, определяется тот факт, что пользователь уснул. С другой стороны, для счетчика можно установить значение, равное порогу, и уменьшать его на единицу при каждом цикле, в течение которого веко(и) остается(ются) закрытым(ыми), пока счетчик не достигнет нуля или единицы, в зависимости от использованной реализации.

На ФИГ. 7 проиллюстрирована временная диаграмма сигналов управления, подаваемых подсистемой обнаружения на АЦП 408 (ФИГ. 4), который используется в тракте сигнала фотодетектирования. Сигналы активации и тактовые сигналы adc_en, adc_rst_n и adc_clk активируются в начале последовательности измерений и продолжаются до завершения процесса аналого-цифрового преобразования. В одном варианте осуществления процесс преобразования АЦП начинается тогда, когда импульс подается к сигналу adc_start. Выходное значение АЦП сохраняется в сигнале adc_data, и завершение процесса указывается логическим аналого-цифровым преобразователем сигнала adc_complete. Также на ФИГ. 7 проиллюстрирован сигнал pd_gain, который используется для установки усиления усилителей перед АЦП. Данный сигнал показан как устанавливаемый до начала времени подготовки к работе, чтобы стабилизировать смещение аналоговой схемы и уровни сигнала до преобразования.

На ФИГ. 8A проиллюстрирован цифровой системный контроллер 800, имеющий цифровую подсистему dig_blink 802 обнаружения моргания. Цифровая подсистема dig_blink 802 обнаружения моргания может управляться ведущей машиной dig_master 804 состояний и может быть выполнена с возможностью получения тактовых сигналов от генератора clkgen 806 тактовых сигналов за пределами цифрового системного контроллера 800. Цифровая подсистема dig_blink 802 обнаружения моргания может быть выполнена с возможностью подачи сигналов управления на подсистему фотодетектирования и получения сигналов от нее, как описано выше. Цифровая подсистема dig_blink 802 обнаружения моргания может включать в себя цифровую логическую схему нормирования и цифровую логическую схему обнаружения, как описано выше, в дополнение к машине состояний для управления последовательностью операций в алгоритме обнаружения моргания. Цифровая подсистема dig_blink 802 обнаружения моргания может быть выполнена с возможностью получения сигнала включения от ведущей машины 804 состояний и передачи указания о завершении или выполнении и обратного указания об обнаружении моргания на ведущую машину 804 состояний. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления обнаружение моргания обеспечивает, как отмечалось выше, указание на то, когда пользователь засыпает. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления данные о моргании сохраняются в буфере, так чтобы при обнаружении системой сна данные в буфере можно было передать и сохранить в памяти для последующего анализа, например, корреляций с поверхностным вниманием перед сном или с плохим качеством сна.

Как проиллюстрировано на ФИГ. 8B, в альтернативном варианте осуществления цифровой системный контроллер 850 содержит цифровую подсистему dig_sleep 852 распознавания сна. Цифровая подсистема dig_sleep 852 распознавания сна может управляться ведущей машиной dig_master 854 состояний и может быть выполнена с возможностью получения тактовых сигналов от генератора clkgen 856 тактовых сигналов за пределами цифрового системного контроллера 850. Цифровая подсистема dig_sleep 852 распознавания сна может быть выполнена с возможностью подачи контрольных сигналов на подсистему фотодетектирования и получения сигналов от нее, как описано выше. Цифровая подсистема dig_sleep 852 распознавания сна может включать в себя цифровую логическую схему и цифровую логическую схему обнаружения, как описано выше, в дополнение к машине состояний для управления последовательностью операций в алгоритме распознавания сна. Цифровая подсистема dig_sleep 852 распознавания сна может быть выполнена с возможностью получения сигнала включения от ведущей машины 854 состояний и передачи указания о завершении или выполнении и обратного указания о распознавании сна на ведущую машину 854 состояний.

В альтернативном варианте осуществления любого из вариантов осуществления, проиллюстрированных на ФИГ. 8A и 8B, датчик времени соединен с генератором 806 тактовых сигналов для отслеживания времени с момента начала работы линзы и подачи сигнала отметки времени на устройство управления данными в варианте осуществления, в котором устройство управления данными записывает данные о начале и прекращении сна пользователя, так что при передаче (или отправке) данных с линзы на внешнее устройство с использованием, например, по меньшей мере, одного компонента электросвязи, внешнее устройство может определить, в какие периоды времени пользователь спал во время ношения линзы, посредством обратного вычисления времени дня на основании отметки времени с линзы и текущего времени на внешнем устройстве при передаче данных по сравнению с зарегистрированными отметками времени.

На ФИГ. 9A-9G показаны формы сигнала для иллюстрации работы схемы генерирования порогового значения и автоматического управления усилением (ФИГ. 5). На ФИГ. 9A проиллюстрирован пример зависимости фототока от времени, что должно обеспечиваться фотодиодом в ответ на различные уровни освещенности. В первой части графика уровень освещенности и полученный в результате фототок являются относительно низкими по сравнению со второй частью графика. Как на первой, так и на второй частях графика показано, что двойное моргание снижает освещенность и фототок. Следует отметить, что ослабление света веком может не быть равным 100 (ста) процентам, а может иметь меньшее значение, которое зависит от пропускающих свойств века в отношении длин волны падающего на глаз света. На ФИГ. 9B проиллюстрировано значение adc_data_held, которое захватывается в ответ на форму сигнала фототока, как показано на ФИГ. 9A. Для упрощения значение adc_data_held проиллюстрировано в виде непрерывного аналогового сигнала, а не последовательностей дискретных цифровых значений выборки. Следует понимать, что цифровые значения выборки будут соответствовать уровню, проиллюстрированному на ФИГ. 9В, в соответствующие моменты времени выборки. Пунктирные линии в верхней и нижней частях графика отображают максимальное и минимальное значения сигналов adc_data и adc_data_held. Диапазон значений между минимальным и максимальным значениями также известен как динамический диапазон сигнала adc_data. Как описано далее, усиление в тракте сигнала фотодетектирования является отличным (более низким) во второй части графика. В целом значение adc_data_held прямо пропорционально фототоку, а изменения усиления влияют только на коэффициент или константу пропорциональности. На ФИГ. 9С проиллюстрированы значения pd_pk, pd_vl и pd_th_mid, рассчитанные схемой генерирования порогового значения в ответ на значение adc_data_held. На ФИГ. 9D проиллюстрированы значения pd_pk, pd_vl и pd_th_pk, рассчитанные схемой генерирования порогового значения в ответ на значение adc_data_held в некоторых вариантах осуществления. Следует отметить, что значение pd_th_pk всегда составляет некоторую часть значения pd_pk. На ФИГ. 9E проиллюстрировано значение adc_data_held со значениями pd_th_mid и pd_th_pk. Следует отметить, что в течение продолжительных периодов времени, при которых значение adc_data_held является относительно постоянным, значение pd_th_mid становится равным значению adc_data_held, поскольку значение pd_vl снижается до того же уровня. Значение pd_th_pk всегда остается немного ниже значения adc_data_held. Также на ФИГ. 9Е проиллюстрирован выбор pd_th, при этом значение pd_th выбирается таким образом, чтобы быть меньше значений pd_th_pk и pd_th_mid. Таким образом, пороговое значение всегда будет несколько отличаться от значения pd_pk, что позволяет избежать ложных переходов состояния pd_data вследствие шума в сигналах фототока и adc_data. На ФИГ. 9F проиллюстрировано значение pd_data, сгенерированное посредством сравнения значения adc_data_held со значением pd_th. Следует отметить, что сигнал pd_data является двухзначным сигналом, который является низким во время моргания. На ФИГ. 9G проиллюстрирована зависимость значения tia_gain от времени для данных приведенных в качестве примера форм сигналов. Значение tia_gain устанавливается более низким, когда pd_th начинает превышать верхнее пороговое значение, показанное как agc_pk_th на ФИГ. 9E. Следует отметить, что подобная ситуация возникает для повышения tia_gain, когда pd_th начинает падать ниже нижнего порогового значения. Если посмотреть на вторую часть каждого из графиков на ФИГ. 9A-9E, то воздействие более низкого tia_gain станет очевидным. В частности, следует обратить внимание на то, что значение adc_data_held поддерживается на уровне середины динамического диапазона сигналов adc_data и adc_data_held. Далее важно отметить, что значения pd_pk и pd_vl обновляются в соответствии с изменением усиления, как описано выше, таким образом, чтобы избежать неоднородностей в состояниях и значениях пикового детектора и детектора «долин» благодаря только лишь изменениям усиления в тракте сигнала фотодетектирования.

На ФИГ. 10 проиллюстрированы светонепроницаемые и светопропускающие признаки на кристалле 1000 интегральной схемы. Кристалл 1000 интегральной схемы включает в себя светопропускающую область 1002, светоизолирующую область 1004, контактные площадки 1006, отверстия 1008 пассивации и отверстия 1010 в светоизолирующем слое. Светопропускающая область 1002 находится над фотодатчиками (не показаны), например матрицей фотодатчиков, реализованной по технологии производства полупроводниковых устройств. По меньшей мере, в одном варианте осуществления светопропускающая область 1002 пропускает максимально возможное количество света к фотодатчикам, таким образом максимизируя чувствительность. Это может быть выполнено путем удаления поликремниевого, металлического, оксидного, нитридного, полиимидного и других слоев над фоторецепторами в соответствии с тем, как допустимо по технологии производства полупроводниковых устройств, используемой для изготовления или последующей обработки. Для оптимизации светового обнаружения светопропускающая область 1002 также может быть подвергнута другой специальной обработке, например нанесению противоотражающих, фильтрующих и/или светорассеивающих покрытий. Светонепроницаемая область 1004 может закрывать на кристалле прочие схемы, не требующие воздействия света. Фототоки могут отрицательно влиять на эффективность других схем, например, в результате изменения напряжения смещения и частот тактового генератора в цепях со сверхнизкими токами, которые необходимы, как было указано ранее, для встраивания в контактные линзы. Светонепроницаемая область 1004 образована из тонкого непрозрачного отражающего материала, например алюминия или меди, который уже применяется в производстве и последующей обработке полупроводниковых пластин. Если материал, образующий светонепроницаемую область 1004, является металлом, его необходимо изолировать от ранее расположенных схем и контактных площадок 1006 для предотвращения коротких замыканий. Такая изоляция может быть предоставлена пассивацией, уже присутствующей на кристалле в качестве части обычной пассивации пластины, например, оксида, нитрида и/или полиимида, или с другими диэлектрическими добавлениями во время последующей обработки. Маскировка предоставляет отверстия 1010 в светоизолирующем слое, так что проводящий светоизолирующий металл не перекрывает контактные площадки на кристалле. Светонепроницаемая область 1004 покрыта дополнительным диэлектриком или пассивацией для защиты кристалла и предотвращения коротких замыканий во время прикрепления кристалла. Данная заключительная пассивация имеет отверстия 1008 пассивации для обеспечения подключения к контактным площадкам 1006.

В альтернативном варианте осуществления, в соответствии с которым контактная линза обладает возможностями окрашивания, светопропускающая область 1002, по меньшей мере, частично перекрывает область контактной линзы, выполненную с возможностью окрашивания. Наличие фотодатчиков как в области окрашивания, так и в неокрашиваемых областях контактной линзы позволяет определять количество света, блокируемого окрашенным местом. В дополнительном варианте осуществления вся светопропускающая область 1002 находится в области окрашивания.

На ФИГ. 11 проиллюстрирована контактная линза с электронной вставкой, имеющая систему датчиков положения века, в соответствии с настоящими вариантами осуществления (изобретения). Контактная линза 1100 включает в себя мягкий пластиковый участок 1102, который обеспечивает электронную вставку 1104. Эта вставка 1104 включает в себя линзу 1106, активируемую электронными компонентами, например, фокусирующуюся при активации на близко расположенных или удаленных объектах. В изображенном варианте осуществления интегральную цепь 1108 крепят к вставке 1104 и подключают к батареям 1110, линзе 1106 и другим компонентам, необходимым для системы. Интегральная схема 1108 включает фотодатчик 1112 и соответствующие схемы тракта сигнала фотодетектора. Фотодатчик 1112 направлен наружу через вставку линзы и в сторону от глаза и, следовательно, может принимать внешний свет. Фотодатчик 1112 может быть реализован на интегральной цепи 1108 (как показано), например, в виде одного фотодиода или группы фотодиодов. Фотодатчик 1112 также может быть реализован в виде отдельного устройства, установленного на вставке 1104 и подключенного с помощью проводящих дорожек 1114. Когда веко закрывается, вставка 1104 для линзы, включая фотодетектор 1112, перекрывается, таким образом снижая уровень света, падающего на фотодетектор 1112. Фотодетектор 1112 может измерять внешний свет для определения того, моргает пользователь или нет. На основании данного изобретения специалисту в данной области техники будет понятно, что фотодетектор 112 может быть заменен или дополнен другими датчиками, обсужденными в данном изобретении.

Дополнительные варианты осуществления способа обнаружения моргания могут предусматривать больше вариаций продолжительности и интервалов последовательности морганий, например, путем синхронизации начала второго моргания на основании измеренного времени окончания первого моргания, а не использования фиксированного шаблона или расширения интервалов (0 значений) маски «безразличное состояние».

Следует понимать, что обнаружение моргания и/или обнаружение сна может быть реализовано в цифровой логической схеме или с использованием программного обеспечения, запускаемого на микропроцессоре. Логическая схема алгоритма или микроконтроллер может быть реализован в одной специализированной интегральной схеме, ASIC, с использованием схемы тракта сигнала фотодетектирования и системного контроллера или может быть разделен на несколько интегральных схем.

Известно, что веки защищают глазное яблоко множеством способов, в том числе посредством рефлекса моргания и распределения слезной жидкости по его поверхности. Рефлекс моргания предотвращает травмы глазного яблока посредством быстрого закрытия век в ответ на ощутимую угрозу глазу. Моргание также распределяет слезную жидкость по поверхности глазного яблока, поддерживая его влажность и смывая бактерии и другие чужеродные объекты. Но движение век может также указывать на другие действия или функции в процессе работы, кроме использования для отслеживания того, что человек (или пользователь), носящий электронную офтальмологическую линзу, засыпает. Также важно отметить, что в дополнение или в качестве альтернативного использования данные, полученные с датчиков, могут быть использованы в качестве части инициирующего события, а не как процесс сбора. Другими словами, следует также понимать, что устройство, использующее такой датчик, может не менять состояние заметным для пользователя образом; вместо этого устройство может просто регистрировать данные в журнале.

На ФИГ. 12A проиллюстрирована система датчиков положения века, установленная на глазу 1200. Система встроена в контактную линзу 1202. Показаны верхнее и нижнее веки, при этом верхнее веко может находиться в положениях 1201, 1203 и 1205 в порядке увеличения степени закрытия. Нижнее веко также проиллюстрировано с уровнями закрытия, соответствующими верхнему веку; а именно в положениях 1207, 1209 и 1205. Когда веки закрыты, они занимают одно положение; а именно положение 1205. Контактная линза 1202 в соответствии с вариантом осуществления включает в себя матрицу 1204 датчиков. Матрица 1204 датчиков включает в себя один или более фотодатчиков. В данном варианте осуществления матрица 1204 датчиков включает в себя 12 (двенадцать) фотодатчиков 1206a-1206l. Когда верхнее веко находится в положении 1201, а нижнее веко - в положении 1207, все фотодатчики 1206a-1206l открыты и принимают внешний свет, создающий фототок, который может быть обнаружен описанной в настоящем документе электронной схемой. Когда веки частично закрыты и находятся в положениях 1203 и 1209, верхний и нижний фотодатчики 1206a и 1206b закрыты и принимают меньше света, чем другие фотодатчики 1206c-1206l, и выходной ток, соответственно, ниже, что можно обнаружить с помощью электронной схемы. Когда веки полностью закрыты и находятся в положении 1205, все датчики 1206a-1206l закрыты соответствующим уменьшением тока. Данная система может быть использована для обнаружения положения века посредством получения данных от каждого фотодатчика в матрице датчиков и использования выходного фототока в зависимости от положения датчика для определения положения века, например, если верхнее и нижнее веки не полностью открываются после морганий, это указывает на потенциальное наступление сна или усталость. Следует понимать, что фотодатчики должны быть размещены в соответствующих местах на контактной линзе, например, обеспечивая достаточное количество местоположений выборки для надежного определения положения века, не нарушая при этом прозрачности оптической зоны (грубо говоря, области, которую занимает расширенный зрачок). Данная система может быть также использована для обнаружения морганий путем регулярного получения данных от датчиков и сравнения измерений, проведенных с течением времени. В альтернативном варианте осуществления фотодатчики 1206aʹ-1206lʹ матрицы 1204ʹ датчиков образуют дугообразный узор вокруг зрачка, при этом они вертикально расположены на расстоянии друг от друга, как проиллюстрировано, например, на ФИГ. 12B. В соответствии с любым проиллюстрированным вариантом осуществления специалисту в данной области техники будет понятно, что в матрице датчиков может быть использовано любое количество, отличное от 12. Дополнительные примеры включают в себя количество в диапазоне от 3 до 15 (включая конечные точки, по меньшей мере, в одном варианте осуществления) и, в частности, количество в диапазоне от 4 до 8 (включая конечные точки, по меньшей мере, в одном варианте осуществления).

На ФИГ. 13A проиллюстрирована система, в которой два глаза 1300, по меньшей мере, частично перекрыты контактными линзами 1302. Матрицы 1304 датчиков присутствуют в обеих контактных линзах 1302 для определения положения век, как было описано ранее в отношении ФИГ. 12A. В данном варианте осуществления каждая контактная линза 1302 имеет компонент 1306 электросвязи. Компонент 1306 электросвязи в каждой контактной линзе 1302 обеспечивает двустороннюю связь между контактными линзами 1302. Компоненты 1306 электросвязи могут включать в себя радиочастотные (РЧ) приемопередатчики, антенны, интерфейсную схему для фотодатчиков 1308 и соответствующие или подобные электронные компоненты. Канал связи, обозначенный линией 1310, может представлять собой канал передачи РЧ-сигнала с соответствующей частотой и мощностью с протоколом передачи данных для обеспечения эффективной связи между контактными линзами 1302. Посредством передачи данных между двумя контактными линзами 1302 можно, например, проверить, что оба века закрыты, для обнаружения истинного, преднамеренного закрытия века, в отличие от подмигивания, непроизвольного моргания или прищуривания одного глаза. Передача данных также может позволить системе определить, закрыты ли оба века одинаково, как, например, бывает во время чтения вблизи. Также возможна передача данных на внешнее устройство, например очки, накладку, которую носит на дужке очков пользователь, или смартфон (или другую систему на основе процессора). В, по меньшей мере, одном варианте осуществления компоненты электросвязи обеспечивают передачу зарегистрированных данных о сне на смартфон (или другое внешнее устройство). Таким образом, компоненты 1306 электросвязи могут быть представлены только на одной линзе в, по меньшей мере, одном альтернативном варианте осуществления. В альтернативном варианте осуществления акселерометр, представленный в смартфоне (или другом оснащенном акселерометром устройстве с возможностью передачи данных), носимом человеком, предоставляет данные о движении для использования в перекрестной проверке определения состояния сна, так что отсутствие общего движения указывает на возможность сна, или данные, указывающие на то, что человек находится в неподвижном состоянии.

В альтернативном варианте осуществления внешнее устройство 1390, показанное на ФИГ. 13B, получает и сохраняет данные, относящиеся ко сну, определенные контактной линзой 1300, посредством, по меньшей мере, одного компонента 1392 электросвязи, который обеспечивает связь с компонентом 1306 электросвязи на контактной линзе 1300. Одним преимуществом использования внешнего устройства является то, что внешнее устройство может отслеживать время более точно, чем контактная линза, и при этом предоставлять больше памяти для более высокой частоты выборки без сложностей, связанных с заполнением памяти на контактной линзе. Более точная регистрация времени позволит создать набор данных для более точного анализа.

В дополнительном или альтернативном варианте осуществления внешнее устройство обеспечивает пользователю механизм, показывающий, когда следует начинать и/или заканчивать исследование сна. Одним примером является отображение на внешнем устройстве графического пользовательского интерфейса, содержащего виртуальную кнопку для нажатия пользователем.

На ФИГ. 14A и 14B проиллюстрирована электронная система 1400, в которой фотодатчики положения века, как описано выше, используются для приведения в действие контактной линзы 1402 или, более конкретно, офтальмологической линзы с электропитанием или электронной офтальмологической линзы. На ФИГ. 14A показана электронная система 1400, расположенная на линзе 1402, а на ФИГ. 14B показан вид системы 1400 с пространственным разделением компонентов. Свет 1401 падает на один или несколько фотодатчиков 1404, как было описано ранее в отношении ФИГ. 12. Такие фотодатчики 1404 могут быть выполнены с фотодиодами, датчиками на основе сульфида кадмия (CdS) или другими технологиями, применимыми для преобразования света окружающей среды в ток. В зависимости от выбора фотодатчиков 1404 могут быть необходимы усилители 1406 или другие подходящие схемы для нормирования входных сигналов для использования последующими или расположенными далее схемами. Мультиплексор 1408 позволяет одному аналого-цифровому преобразователю (или АЦП) 1410 принимать входные сигналы от множества фотодатчиков 1404. Мультиплексор 1408 может быть расположен непосредственно после фотодатчиков 1404, перед усилителями 1406 или может вовсе не использоваться в зависимости от соображений потребления тока, размера кристалла и сложности конструкции. Поскольку для обнаружения положения века в разных местах глаза требуется разместить множество фотодатчиков 1404, совместное использование этими датчиками одних и тех же расположенных ниже по схеме компонентов обработки (например, усилителей, аналого-цифрового преобразователя и процессоров обработки цифровых сигналов) позволит значительно уменьшить размеры электронной схемы. Усилители 1406 создают выходной сигнал, пропорциональный входному сигналу с коэффициентом усиления, и могут выполнять функцию трансимпедансных усилителей, преобразующих входной ток в выходное напряжение. Усилители 1406 могут усиливать сигнал до уровня, подходящего для применения в остальной системе, например, придавая сигналу достаточное напряжение и мощность, чтобы его можно было направлять на АЦП 1410. Например, усилители 1406 могут быть необходимы для управления последующими блоками, поскольку выходной сигнал фотодатчиков 1404 может быть достаточно низким, и могут быть использованы в условиях низкой освещенности. Усилители 1406 также могут быть реализованы в виде усилителей с переменным усилением, усиление которых может регулироваться системным контроллером 1412 для максимизации динамического диапазона системы 1400. Помимо усиления, усилители 1406 могут содержать другую схему нормирования аналогового сигнала, такую как схема фильтрации и иные схемы, подходящие для выходных сигналов фотодатчика 1404 и усилителя 1406. Усилители 1406 могут быть любым подходящим устройством для усиления и нормирования выходного сигнала фотодатчика 1404. Например, усилители 1404 могут быть одним операционным усилителем или более сложной схемой, содержащей один или несколько операционных усилителей.

Как указано выше, фотодатчики 1404 и усилители 1406 выполнены с возможностью обнаружения падающего света 1401 в разных местах глаза и преобразования входного тока в цифровой сигнал, который в конечном итоге используется системным контроллером 1412. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления системный контроллер 1412 предварительно запрограммирован на получение данных от каждого фотодатчика 1404, расположенного на глазу, для обнаружения положения века и подачи соответствующего выходного сигнала на устройство 1414 управления данными. Системный контроллер 1412 также включает в себя соответствующую память. Системный контроллер 1412 может комбинировать данные последних выборок от фотодатчиков 1404 с предварительно запрограммированными характерами морганий, соответствующими открытому и прищуренному положениям век. Например, если происходит совпадение характера, соответствующее тому, что оба века частично закрыты в связи с усталостью, системный контроллер 1412 может запустить устройство 1414 управления данными для регистрации данных в журнале. Для надежного обнаружения может быть необходима запись характеров положения век пользователя в разных условиях внешней освещенности и при разных фокусных расстояниях для программирования системного контроллера 1412. Системе 1400 может потребоваться дифференцировать различные положения века, естественные изменения внешнего света, тени и другие явления. Данное дифференцирование можно обеспечить путем надлежащего подбора частоты выборки, коэффициента усиления и других параметров системы, путем оптимизации размещения датчиков в контактной линзе, определения характеров положения века, записи уровня внешней освещенности, сравнения показаний каждого фотодатчика с соседними и всеми остальными фотодатчиками и другими способами, позволяющими добиться однозначного определения положения века.

В данном варианте осуществления АЦП 1410 может быть использован для преобразования непрерывного аналогового выходного сигнала от усилителей 1406, прошедшего через мультиплексор, в дискретизированный цифровой сигнал, подходящий для дополнительной обработки сигнала. Например, АЦП 1410 может преобразовывать аналоговый выходной сигнал от усилителей 1406 в цифровой сигнал, который может быть использован последующими или расположенными далее схемами, такими как система обработки цифровых сигналов, или микропроцессор 1416. Система обработки цифровых сигналов, или процессор 1416 обработки цифровых сигналов, может быть использован для обработки цифровых сигналов, включая одно или несколько из следующего: фильтрации, обработки, обнаружения и прочих способов управления выборочными данными/обработки выборочных данных для обеспечения обнаружения падающего света при последующих операциях. Процессор 1416 обработки цифровых сигналов может быть предварительно запрограммирован с использованием различных характеров положения и/или закрытия века. Процессор 1416 обработки цифровых сигналов также включает в себя соответствующую память, по меньшей мере, в одном варианте осуществления. Процессор 1416 обработки цифровых сигналов может быть реализован с использованием аналоговых схем, цифровых схем, программного обеспечения и/или их комбинации. АЦП 1410 вместе с соответствующими усилителями 1406 и процессором 1416 обработки цифровых сигналов активируются с подходящей скоростью в соответствии с ранее описанной частотой выборки, например каждые сто (100) мс.

Источник 1418 питания подает питание на многочисленные компоненты, включенные в систему 1400 датчиков положения века. Источник 1418 питания может быть также использован для подачи питания к другим компонентам на контактной линзе. Питание может подаваться от батареи, устройства сбора энергии или другого приемлемого средства, известного среднему специалисту в данной области. По существу, можно использовать любой тип источника 1418 питания для обеспечения надежного питания всех других компонентов системы. Данные о характере морганий, полученные матрицей датчиков положения века и преобразованные из аналоговой в цифровую форму, могут активировать системный контроллер 1412 или часть системного контроллера 1412. Более того, системный контроллер 1412 может управлять другими аспектами контактной линзы с электропитанием в зависимости от входного сигнала от процессора 1408 обработки цифровых сигналов, например, путем активации устройства 1414 управления данными.

На ФИГ. 15 проиллюстрирована выходная характеристика трех фотодатчиков, расположенных по вертикали в трех различных местах на контактной линзе. Характеристики выходного сигнала могут отражать ток, пропорциональный падающему на каждый фотодатчик свету, или это может быть сигнал от расположенного ниже по схеме устройства, например измеренные во времени цифровые значения на выходе АЦП (элемента 1410 на ФИГ. 14В). Общая величина падающего света 1502 увеличивается, удерживается на одном уровне, а затем уменьшается, например, при переходе из темной комнаты в светлый коридор, а затем обратно в темную комнату. Если веко остается открытым, выходной сигнал всех трех фотодатчиков 1504, 1506 и 1508 будет соответствовать внешнему свету, как проиллюстрировано пунктирными линиями 1501 и 1503 для фотодатчиков 1504 и 1508. Помимо изменения уровня 1502 внешнего падающего света, положением 1510 обозначено частичное закрытие век, которое отличается от открытых положений 1512 и 1514 век. Когда веко частично закрывается, верхний фотодатчик 1504 перекрывается верхним веком, и уровень выходных сигналов соответственно становится ниже вследствие того, что веко препятствует фотодатчику. Несмотря на то, что внешний свет 1502 повышается, фотодатчик 1504 принимает меньше света и генерирует выходной сигнал более низкого уровня вследствие того, что веко частично закрыто. Аналогичное ответное действие наблюдается у фотодатчика 1508, который перекрывается. Средний датчик 1506 в процессе прищуривания не перекрывается и, следовательно, он продолжает воспринимать увеличение уровня освещенности, и выходной сигнал соответствующим образом увеличивается. Несмотря на то, что данный пример иллюстрирует один конкретный случай, должно быть очевидным, как можно обнаружить различные конфигурации положения датчика и движения века.

На ФИГ. 16A и 16B проиллюстрирована альтернативная система 1600 обнаружения, встроенная в контактную линзу 1602. На ФИГ. 16A проиллюстрирована система 1600, расположенная на контактной линзе 1602, а на ФИГ. 16B проиллюстрирован вид системы 1600 с пространственным разделением компонентов. В данном варианте осуществления вместо фотодатчиков используются емкостные датчики 1604 касания. В альтернативном варианте осуществления в дополнение к фотодатчикам используют емкостные датчики 1604 касания. Емкостные датчики касания распространены в электронной промышленности, например в сенсорных экранах. Основной принцип заключается в том, что переменный конденсатор 1604 физически реализован таким образом, что его емкость изменяется при приближении или касании, например, это достигается путем создания сетки, покрытой диэлектриком. Формирователи 1606 сигнала датчика генерируют выходной сигнал, пропорциональный емкости, например, путем измерения изменения осциллятора, имеющего переменный конденсатор, или путем измерения соотношения емкостей переменного и фиксированного конденсаторов с помощью сигнала переменного тока фиксированной частоты. Выходной сигнал формирователей сигнала датчика 1606 может быть скомбинирован с мультиплексором 1608 для уменьшения количества последующих элементов в схеме. В данном варианте осуществления схема нормирования сигнала, описанная выше в отношении ФИГ. 14, опущена для простоты. Системный контроллер 1610 принимает входные сигналы от формирователя 1606 сигнала емкостного датчика через мультиплексор 1608, например, путем активации каждого датчика по очереди и записи значений. Затем может выполняться сравнение измеренных значений с предварительно запрограммированными характерами и сохраненными образцами для определения положения века. Емкостные датчики 1604 касания могут быть физически расположены по той же схеме, что и ранее описанные фотодетекторы, но с оптимизацией для обнаружения изменений емкости, обусловленных положением века. Датчики и фактически вся электронная система могут быть герметизированы и изолированы от солевой среды контактной линзы. Когда веко перекрывает датчик 1604, обнаруживается изменение емкости, а не ранее описанное изменение внешнего света. На ФИГ. 16B также проиллюстрировано включение источника 1614 питания, по меньшей мере, в один вариант осуществления.

Важно отметить, что АЦП и схема обработки цифровых сигналов при необходимости могут быть использованы в соответствии с емкостными датчиками касания, как проиллюстрировано в отношении фотодатчиков на ФИГ. 14B. В альтернативном варианте осуществления емкостные датчики касания представляют собой любой датчик давления. В дополнительном варианте осуществления на линзе может быть расположено сочетание фотодатчиков и датчиков давления.

На ФИГ. 17A-17D проиллюстрирован альтернативный вариант осуществления, в котором система датчиков положения века является датчиком, имеющим полоску, которая перекрывает множество вертикальных точек вдоль контактной линзы 1702, работающим совместно со схемой 1700. Одним примером датчика, который может иметь конфигурацию в виде полоски, является емкостный датчик. На ФИГ. 17A проиллюстрирован пример, в котором полоска 1708 по существу ровно расположена на контактной линзе 1702. Несмотря на то, что проиллюстрированная полоска 1708 ориентирована параллельно линии, разделяющей контактную линзу 1702 пополам, она может иметь угловую ориентацию относительно разделяющей линии или иметь дугообразную форму. На ФИГ. 17B проиллюстрирован пример, в котором полоска 1708a извилисто проходит вдоль контактной линзы 1702. В варианте осуществления, проиллюстрированном на ФИГ. 17C, извилистая конфигурация полоски 1708b будет увеличивать изменение емкости, обнаруженной схемой 1700, по мере приближения века к закрытому состоянию. Уровень изменения емкости будет преобразовываться в величину закрытия века. Еще одним примером датчика, который может иметь конфигурацию в виде полоски, является пьезоэлектрический преобразователь давления с диафрагмой и основанием, имеющими конфигурацию в виде полоски. По мере закрытия век дополнительное давление будет прилагаться веками к пьезоэлектрическому преобразователю давления, таким образом предоставляя возможность определения уровня закрытия век. Непрерывное измерение вдоль вертикальной оси обеспечивает улучшенную степень детализации по сравнению со множеством датчиков, таким образом обеспечивая улучшенное измерение положения века. На ФИГ. 17D проиллюстрирована электрическая схема, которая может быть использована совместно с датчиками 1708, 1708a, 1708b в виде полоски, содержащая системный контроллер 1710, устройство 1712 управления данными и источник 1714 питания. В дополнительном альтернативном варианте осуществления представлено множество полосок. Преимуществом угловой и/или извилистой конфигурации полоски является то, что положение век может быть обнаружено даже при неправильной ориентации контактной линзы на глазу пользователя.

Действия блока обработки цифровых сигналов и системного контроллера (1416 и 1412 на ФИГ. 14B соответственно, системного контроллера 1610 на ФИГ. 16B и системного контроллера 1710 на ФИГ. 17D) зависят от поступающих от доступного датчика входных сигналов, среды и реакций пользователя. Входные сигналы, реакции и пороговые значения для принятия решений могут быть определены посредством одного или нескольких из: офтальмологического исследования, предварительного программирования, обучения и адаптивных/обучающих алгоритмов. Например, общие характеристики движения века могут быть хорошо описаны в литературе применительно к широкой популяции пользователей и предварительно запрограммированы в системном контроллере. Однако индивидуальные отклонения от общей ожидаемой реакции и/или изменения частоты моргания могут быть записаны во время сеанса обучения или могут являться частью адаптивного/обучающего алгоритма, который продолжает уточнять реакции во время работы электронного офтальмологического устройства. В одном варианте осуществления пользователь может обучать устройство путем активации ручного брелока, который взаимодействует с устройством, когда пользователю необходим ближний фокус. Алгоритм обучения в устройстве может затем ссылаться на входные сигналы от датчиков в запоминающем устройстве до и после сигнала брелока для уточнения внутренних алгоритмов принятия решения. Данный период обучения может длиться один день, после чего устройство будет работать автономно только с входными сигналами от датчиков, не требуя сигналов брелока.

На ФИГ. 18A и 18B проиллюстрирован пример систем 1800 датчиков движения глаза для обнаружения движения глаза, например во время сна. Датчик 1802 обнаруживает движение и/или положение зрачка или, в более общем случае, глаза. Датчик 1802 может быть реализован в виде многоосевого акселерометра на контактной линзе 1801. Когда контактная линза 1801 фиксируется на глазе и в целом движется вместе с глазом, акселерометр на контактной линзе 1801 может отслеживать движение глаза. Важно отметить, что в качестве датчика 1802 можно использовать любое подходящее устройство, и может быть использовано более одного датчика 1802. Выходной сигнал датчика 1802 принимается, отбирается и нормируется процессором 1804 обработки сигналов. Процессор 1804 обработки сигналов может содержать любое количество устройств, в том числе усилитель, трансимпедансный усилитель, аналого-цифровой преобразователь, фильтр, процессор обработки цифровых сигналов и соответствующие схемы для приема данных от датчика 1802 и генерирования выходного сигнала в формате, подходящем для остальных компонентов системы 1800. Процессор 1804 обработки сигналов может быть реализован с использованием аналоговых схем, цифровых схем, программного обеспечения и/или их сочетания. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления процессор 1804 обработки сигналов и датчик 1802 изготовлены на одном и том же кристалле интегральной схемы. Схема датчиков для получения и нормирования сигнала акселерометра отличается от схемы датчика мышечной активности или оптического устройства слежения за зрачком. Выходной сигнал процессора 1804 обработки сигналов, по меньшей мере, в одном варианте осуществления представляет собой поток дискретизированных цифровых значений и может содержать данные об абсолютном или относительном положении, движении, обнаруженном взгляде в соответствии с конвергенцией или другие данные. Системный контроллер 1806 принимает входной сигнал от процессора 1804 обработки сигналов и использует данную информацию вместе с другими входными сигналами для определения того, что пользователь спит. Системный контроллер 1806 может как приводить в действие датчик 1802 и процессор 1804 обработки сигналов, так и принимать от них выходной сигнал. Системный контроллер 1806 использует входные данные от процессора 1804 обработки сигналов и/или приемопередатчика 1810 для принятия решения относительно того, что пользователь ложится, исходя из ориентации датчика 1802 на основании ориентации осей X, Y и Z, когда движение глаз не обнаруживается. Если оси имеют проиллюстрированный на ФИГ. 18C вид, тогда при обнаружении акселерометром постоянного ускорения по оси X в любом направлении или по оси Z в любом направлении это означает, что голова пользователя имеет горизонтальную ориентацию. Если акселерометр обнаруживает постоянное ускорение по оси Y в отрицательном направлении, это означает, что голова пользователя имеет вертикальную ориентацию. Если акселерометр обнаруживает постоянное ускорение по осям Y и Z с постоянным ускорением по оси X или без него, это означает, что голова пользователя наклонена вперед.

На ФИГ. 18A и 18B проиллюстрирован необязательный приемопередатчик 1810, который получает и/или передает сигнал связи через антенну 1812. Сигнал связи может поступать от соседней контактной линзы, от линз очков или от других устройств. Приемопередатчик 1810 может быть выполнен с возможностью двусторонней связи с системным контроллером 1806. Приемопередатчик 1810 может содержать схемы фильтрации, усиления, обнаружения и обработки, которые часто применяются в приемопередатчиках. Конкретные детали приемопередатчика 1810 выполнены для электронной контактной линзы или контактной линзы с электропитанием, например, связь может осуществляться с использованием частоты, амплитуды и формата, подходящих для установления надежной связи между глазами, низкого энергопотребления и соответствия нормативным требованиям. Приемопередатчик 1810 и антенна 1812 могут работать в радиочастотном (РЧ) диапазоне, например, 2,4 ГГц, или же для связи можно использовать свет. Информация, принятая от приемопередатчика 1810, используется как входной сигнал для системного контроллера 1806, например поступившая от соседней линзы информация, указывающая на ориентацию. Системный контроллер 1806 также может передавать данные, например, от устройства 1808 управления данными в приемопередатчик 1810, который затем передает данные по каналу связи посредством антенны 1812. В альтернативном варианте осуществления приемопередатчик 1810 и антенна 1812 заменяются на систему датчиков положения века и обеспечивают связь посредством световых волн и/или морганий, как описано выше.

Системный контроллер 1806 может быть реализован в виде машины состояний, программируемой пользователем вентильной матрицы, микроконтроллера или любого другого применимого устройства. Питание на систему 1800 и компоненты, описанные в настоящем документе, подается от источника 1814 питания, который может содержать батарею, устройство сбора энергии или подобное устройство, известное специалисту в данной области техники. Источник 1814 питания может быть также использован для подачи питания на другие устройства на контактной линзе 1801.

Система 1800 обнаружения положения зрачков в, по меньшей мере, одном варианте осуществления включена и/или иным образом герметизирована и изолирована от солевой среды контактной линзы 1801.

По меньшей мере, в одном варианте осуществления электроника и электронные взаимные соединения выполнены в периферийной зоне контактной линзы, а не в оптической зоне. В соответствии с альтернативным вариантом осуществления, важно отметить, что расположение электронных компонентов не должно ограничиваться периферической зоной контактной линзы. Все электронные компоненты, описанные в настоящем документе, могут быть изготовлены с применением технологии тонких пленок и/или из прозрачных материалов. С применением данных технологий электронные компоненты могут быть расположены в любом подходящем месте до тех пор, пока они совместимы с оптикой.

В, по меньшей мере, одном варианте осуществления, как показано на ФИГ. 19, контактная линза 1900 содержит датчик 1910 для обнаружения, по меньшей мере, одного из следующего: удаления из упаковки для хранения линз и вставки контактной линзы в глаз пользователя. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления установка контактной линзы в глаз пользователя активирует мониторинг сна системным контроллером 1920. В дополнительном варианте осуществления установка приводит к активации накопителя в устройстве 1922 управления данными. Примеры датчиков, которые могли бы обеспечить обнаружение, включают, помимо всего прочего, датчик давления, геркон, датчик солесодержания, биодатчик и емкостный датчик. Данные датчики в, по меньшей мере, одном варианте осуществления работают совместно с датчиком света для обнаружения наличия света, возникающего после удаления контактной линзы из емкости для хранения. В дополнительном варианте осуществления, относящемся к вариантам осуществления датчика, частота выборки, использующаяся для отслеживания датчика, может быть уменьшена после обнаружения отслеживаемого события для экономии питания, при этом обеспечивая обнаружение удаления контактной линзы из глаза. В альтернативном варианте осуществления, относящемся к предыдущему варианту осуществления, датчик будет деактивирован при обнаружении того, что контактная линза была помещена в глаз.

Датчик давления может принимать ряд форм. Одним примером является направленный назад (или направленный к радужной оболочке) датчик давления, соединенный с системным контроллером через аналого-цифровой преобразователь. Направленный назад датчик давления в, по меньшей мере, одном варианте осуществления частично герметизирован в контактной линзе, тогда как аналого-цифровой преобразователь полностью герметизирован в контактной линзе и включен в качестве части любой печатной платы, присутствующей в контактной линзе. Системный контроллер осуществляет сброс накопителя после получения сигнала от датчика давления, превышающего пороговое значение вставки, указывающего на то, что системным контроллером должен начаться сбор данных. Системный контроллер отправляет сигнал на устройство управления данными для сохранения текущего значения накопителя, если уровень сигнала от датчика давления затем падает ниже порогового значения вставки, указывающего на то, что контактная линза была удалена и последующий сбор данных не является необходимым. Системный контроллер получает данные от датчика давления по предварительно заданному расписанию, только если системный контроллер обнаруживает, что веко открыто. Еще одним примером датчика давления является датчик давления, который будет обнаруживать прекращение подачи давления от солевого раствора, присутствующего в емкости для хранения, и подавать сигнал для активации других функциональных возможностей контактной линзы. Дополнительным примером датчика давления является резонатор на поверхностных акустических волнах со встречно-штыревым преобразователем (ВШП). Еще одним дополнительным примером является бинарный датчик давления в зоне контакта, который обнаруживает наличие или отсутствие давления, но не уровень давления.

Один пример геркона замыкает схему в контактной линзе, которая подает питание на остальные элементы схемы посредством приложения давления от глаза пользователя при вставке контактной линзы или прекращения подачи давления, когда контактная линза удаляется из емкости для хранения для использования. При возникновении соответствующего события геркон будет закрывать и замыкать схему для обеспечения электрического соединения между системным контроллером и источником питания. Еще одним примером использования геркона в системе является подача двоичного выходного сигнала при активации переключателя с использованием двоичного выходного сигнала, предоставляющего указание на то, что переключатель был включен (или выключен, в зависимости от ориентации переключателя), в противоположность замыканию схемы.

Датчик солесодержания или биодатчик в, по меньшей мере, одном варианте осуществления будет обнаруживать солесодержание или другое химическое вещество, присутствующее в слезной жидкости. Примеры веществ, отслеживание которых может быть осуществлено, включают, помимо всего прочего, патоген, биомаркер, активный агент и химическое вещество. Одним примером биодатчика является резистивный язычок, электрически соединенный с системным контроллером, то есть выполненный с возможностью сцепления с отслеживаемым веществом, что приводит к увеличению сопротивления, поскольку увеличивается количество присутствующего вещества. Еще одним примером является(ются) химически активная(ые) трубка(и), содержащая(ие) вещество, материал или смесь, которые могут вступать в реакцию с конкретной молекулой, при этом реакция будет указывать на наличие отслеживаемого химического вещества. Еще одним примером является биодатчик, в котором поверхность функционализирована таким образом, чтобы иметь сходство с определенным веществом и электрическим свойством датчика, например, емкость или напряжение изменяется в ответ на наличие вещества, в отношении которого функционализирован датчик. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления, если отслеживаемое химическое вещество относится к концентрации некоторого вещества в слезной жидкости, реакция может происходить непосредственно с данным веществом или может происходить в отдельном веществе, которое может указывать на концентрацию отслеживаемого вещества. В других примерах, поскольку другие электроактивные биологические компоненты могут воздействовать на проводимость в пределах конкретной трубки, трубка может быть облицована или включать селективный барьер для минимизации интерференции с веществами, отличными от отслеживаемого вещества. В качестве альтернативы для трубки, имеющей увеличивающуюся проводимость в ответ на наличие отслеживаемого вещества, вместо этого трубка может иметь увеличивающееся сопротивление в ответ на наличие отслеживаемого вещества. Дополнительный пример будет содержать полую трубку, содержащую материал, который является выборочно проницаемым или притягивающим для конкретного вещества или химического вещества. В соответствии с любым из данных примеров возможным является предоставление постепенно изменяющегося указания уровня вещества за пределами двоичного выходного сигнала.

Емкостный датчик может быть направлен назад или вперед. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления датчик будет являться направленным назад датчиком для обеспечения контакта с глазом пользователя. В дополнительном варианте осуществления, как только контакт приводит к изменению сопротивления выше порогового значения вставки, указывающего на то, что контактная линза была вставлена, датчик деактивируется или его частота выборки уменьшается. Однако если датчик был направлен вперед, тогда контакт с одним из век, который приведет к изменению сопротивления выше порогового значения вставки, подтвердит вставку контактной линзы. В дополнительном варианте осуществления направленный вперед емкостный датчик также будет использован для обнаружения положения век.

В сложных системах, которые могут содержать множество датчиков, таких как офтальмологические линзы с электропитанием, имеющие ряд электронных компонентов, предпочтительным является снижение вероятности выполнения ложных действий или ложноположительных запусков при определении состояния сна. В соответствии с еще одним альтернативным вариантом осуществления данный вариант осуществления направлен на процесс принятия решения и/или схему голосования, которая использует входные данные от множества датчиков, чтобы существенно снизить вероятность изменения состояния офтальмологической линзы с электропитанием на основе неточной, неполной или ошибочной информации, изменений физиологических условий, а также шума и/или помех от внутренних и внешних источников. Например, при распознавании сна система управления не должна определять наступление сна на основе случайного характера моргания, обусловленной раздражением глаза или тому подобным. Как бы то ни было, используя входные данные от одного датчика или ошибочную информацию от одного датчика или других датчиков, системный контроллер может принять неправильные решения. Например, без данных о давлении, прилагаемом к офтальмологической линзе, простое закрытие век может запустить определение состояния сна, несмотря на то что пользователь трет свои глаза и прилагает давление, превышающее давление век на датчик(и) давления. В офтальмологической линзе с электропитанием, имеющей датчик положения века, движение века также может быть использовано для определения состояния сна. Например, когда человек направляет взгляд вниз, чтобы сфокусироваться на близко расположенном объекте, веки, как правило, опускаются, и это, следовательно, может быть использовано для изменения состояния офтальмологической линзы. В очередной раз, если используется только один входной сигнал, возможно выполнение ложного действия из-за того, что человек сонный, и его веки опускаются. Все эти датчики могут использоваться в качестве спусковых механизмов для выполнения действия, которое должно быть реализовано различными системами, включенными в электронную офтальмологическую линзу или офтальмологическую линзу с электропитанием, и все они по отдельности или в ограниченном сочетании потенциально подвержены ошибкам. Помимо вышеупомянутых датчиков, предназначенных для обнаружения некоторых аспектов, напрямую относящихся к определению состояния сна, другие датчики могут быть использованы для улучшения работы датчиков изменения состояния путем отслеживания окружающих условий, шума и помех. Например, можно отслеживать внешний свет для улучшения точности работы датчиков обнаружения моргания, положения века и диаметра зрачка. Такие датчики могут быть использованы для усиления других датчиков, например, путем вычитания синфазного шума и помех. Входные сигналы от датчиков могут быть использованы для записи истории показаний, которая затем может учитываться сложным алгоритмом принятия решений, например, таким, который для определения положения зрачка учитывает как входные сигналы от акселерометра, так и сокращение глазной мышцы. Использование схемы голосования в соответствии с, по меньшей мере, одним вариантом осуществления может снизить вероятность появления ошибки при определении того, что пользователь заснул, а также может позволить проводить более точные измерения. Другими словами, для любого заданного определения, которое подлежит выполнению, существуют датчики, которые можно использовать для проверки дополнительного подтверждения или для увеличения уровня входящего сигнала для заданного определения основным датчиком. Также важно отметить, что в дополнение или в качестве альтернативного использования данные, полученные с датчиков, могут быть использованы в качестве части процесса сбора, а не как инициирующее событие. Например, данные, полученные с датчиков, могут быть собраны, зарегистрированы в журнале и использованы при лечении заболеваний. Другими словами, следует также понимать, что устройство, использующее такой датчик, может не менять состояние заметным для пользователя образом; вместо этого устройство может просто регистрировать данные в журнале.

На ФИГ. 20 проиллюстрирована базовая система, в которой датчики 2002, 2004, 2006 и 2008 используются для определения того, начался ли сон, и/или некоторого события в процессе сна. Датчики 2002, 2004, 2006 и 2008 могут включать в себя любое количество потенциальных входящих сигналов, включая моргание, положение века, положение зрачка, ориентацию контактной линзы, внешнее давление на линзу и тому подобное. Количество и тип датчиков определяются областью применения и пользователем. Каждый датчик 2002, 2004, 2006 и 2008 может иметь свою собственную систему нормирования сигнала, содержащуюся внутри блока датчиков, отдельного блока или внутри системного контроллера 2010. Системный контроллер 2010 принимает входные сигналы от каждого датчика 2002, 2004, 2006 и 2008. Затем он выполняет обычные действия для обработки и сравнения входных данных. На основании этих входных данных системный контроллер 2010 определяет, должно ли устройство 2012 управления данными записывать какие-либо показания. Например, комбинация опускания век, слабой внешней освещенности и вертикальной ориентации линзы может запустить системный контроллер 2010 для определения того, что пользователь засыпает, и для отправки сигнала устройству 2012 управления данными на увеличение частоты выборки, по меньшей мере, в одной системе датчиков, используемых для определения состояния сна. Подобным образом, комбинация закрытия век, вертикальной ориентации пользователя и внешнего давления века может запустить системный контроллер 2010 для определения отсутствия наступления сна и продолжения обычной работы. Комбинация закрытия век, горизонтальной ориентации пользователя может запустить системный контроллер 2010 для определения наступления сна и для отправки сигнала на механизм уведомления для записи данных, поскольку сон скорее всего является преднамеренным сном с учетом ориентации пользователя. Входные данные от различных датчиков также могут использоваться для изменения конфигурации системного контроллера с целью повышения эффективности процесса принятия решения, например, если интенсивность естественного освещения снижается, контроллер может увеличить усиление фотодатчика. Системный контроллер также может включать и/или отключать датчики, увеличивать и/или снижать частоту выборки и производить другие изменения в системе для оптимизации производительности.

На ФИГ. 21 проиллюстрирован способ, с помощью которого системный контроллер, например системный контроллер 2010, проиллюстрированный на ФИГ. 20, используется для получения данных от датчиков и определения статуса сна. Первым этапом является этап 2102 получения данных от датчиков. Для данного этапа может потребоваться запуск других элементов для активации, подготовки работы, калибровки, считывания, нормирования и вывода данных. Системный контроллер может также предоставлять информацию о конфигурации каждому датчику на основании запрограммированных значений и текущих данных, например, усиления усилителя фотодатчика на основе истории падающего света, или же эти настройки могут определяться другими элементами в системе. Затем способ на этапе 2104 выполняет фильтрацию и дополнительное нормирование, например цифровую, а не аналоговую фильтрацию, наряду со сравнением с базовыми или исходными результатами. Целью данного этапа является надлежащее нормирование входных данных для следующего этапа так, чтобы принятие точного, повторяющегося решения стало возможным. Затем на этапе 2106 определяются результаты с каждого датчика, например, положение век и ответ от источника излучения/детектора. Данное определение может включать сравнение с предварительно запрограммированным или переменным пороговым значением, сравнение с конкретным характером или любое другое определение. На этапе 2108 к результатам, объединенным с результатами предыдущего этапа, применяется взвешивание результатов и принимается решение. Данный этап в, по меньшей мере, одном варианте осуществления может включать обучение и предпочтения отдельных пользователей, гарантируя, что данные со всех датчиков будут получены перед принятием решения и что к результатам каждого датчика будут применены различные взвешенные значения. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления принимается решение, которое является предсказуемым и повторяемым в условиях реально существующего шума и помех. Если, как описано выше, принимается решение в отношении состояния сна, далее на этапе 2110 данные регистрируются. Независимо от решения относительно изменения статуса сна осуществляется возврат системы к этапу 2112 отбора образцов, чтобы могло иметь место другое определение и набор измерений. Общее время, необходимое для выполнения процесса, показанного на ФИГ. 21, в, по меньшей мере, одном варианте осуществления является достаточно коротким, так что система отвечает на вводимые пользователем данные подобно тому, как человек взаимодействует с окружающим миром в естественных условиях. Например, при использовании для активации линзы с переменным фокусом система должна изменить состояние фокуса за промежуток времени, равный приблизительно 1 (одной) секунде, что соответствует поведению естественной системы.

Следует понимать, что входные данные от каждого датчика могут изменяться не только по причине сна. Например, сопротивление глаза может со временем изменяться вследствие изменений в содержании жидкости или соли в теле, уровне физического напряжения и т. д. Подобно этому диаметр зрачка может изменяться в ответ на изменения уровня естественного освещения. Таким образом, становится очевидным, что сочетание входных данных от множества датчиков снижает вероятность ложноположительного срабатывания за счет того, что требуется более одного входящего сигнала для сопоставления с необходимым изменением фокусного расстояния или используются определенные входные данные от датчика для усиления других датчиков.

Также очевидно, что пороговые значения для каждого датчика и сочетание датчиков, которые используются для определения сна и/или выбора данных для регистрации во время сна, зависят от многих переменных, таких как безопасность, время реакции и предпочтения пользователя. Особое программирование схемы голосования может быть основано на клинических наблюдениях ряда объектов, а также на индивидуальных параметрах, созданных для определенного пользователя. Параметры схемы голосования могут зависеть от входных данных от датчиков, например настройки порогового значения и усиления для обнаружения моргания могут изменяться с изменением естественного освещения.

В альтернативном варианте осуществления система дополнительно содержит контроллер сохранения данных памяти, который электрически связан с источником питания и системным контроллером. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления контроллер сохранения данных памяти является примером системы 140 управления ресурсами, описанной применительно к ФИГ. 1A. Контроллер сохранения данных памяти при предварительно заданной частоте испытывает источник питания для определения уровня оставшейся энергии. Если уровень оставшейся энергии падает ниже предварительно заданного порогового значения энергии, контроллер сохранения данных памяти отправляет команду на системный контроллер на предотвращение получения данных от системы датчиков и на отправку сигнала, вызывающего запись устройством управления данными текущего времени и/или значения аккумулятора. Затем питание подается для сохранения данных в памяти и/или запоминающем устройстве, присутствующем на контактной линзе. В еще одном варианте осуществления, если источник питания выявляет доступный уровень энергии ниже нижнего порога энергии, система осуществляет выполнение, по меньшей мере, одного из следующих действий: уменьшает частоту выборки, по меньшей мере, одного из акселерометра и преобразователя, уменьшает частоту выборки, по меньшей мере, одного датчика, прекращает дальнейшую выборку, по меньшей мере, одного из акселерометра и преобразователя, прекращает дальнейшее отслеживание подачи питания, сохраняет отметку времени, соответствующую низкому уровню энергии, на основании текущего значения накопителя, прекращает энергообеспечение, по меньшей мере, одного из акселерометра и преобразователя, выполняет выборку закрытия век со второй частотой выборки, меньшей, чем первая частота выборки, подает питание на память, где хранятся показания, или любую их комбинация. На основании этого описания специалист в данной области должен понимать, что конкретная реализация может иметь в доступе только один из этих вариантов, и что подразумевается ее охват, по меньшей мере, одним языком.

Предварительно заданное пороговое значение энергии основывается на оценке питания, необходимого для поддержания подачи питания на любую память или запоминающее устройство. В дополнительном варианте осуществления пороговое значение регулируется на основании текущего времени работы линзы, при этом продолжая обеспечивать оцененный период питания для памяти и/или запоминающего устройства. Одним примером регулировки порогового значения в зависимости от времени является уменьшение регистра для каждой прошедшей единицы предварительно заданного времени, измеряемого периодами выборки в контактной линзе.

В дополнительном варианте осуществления испытание на уровень энергии выполняется совместно с получением данных от системы (систем) датчиков для сравнения уровня энергии источника питания с пороговым значением при максимальной нагрузке линзы, которая возникает, когда система(ы) датчиков предоставляет(ют) показатель(и). Если уровень энергии источника питания ниже порогового значения, тогда существует высокая вероятность того, что последующее получение данных от датчика перед следующим испытанием на уровень энергии разрядит источник питания, так что система(ы) датчиков будет(ут) предоставлять неправильный показатель вследствие недостаточного доступного питания и/или сохраненные данные будут искажены, что, таким образом, приведет к ненадежному набору данных.

В модифицированном альтернативном варианте осуществления контроллер сохранения данных памяти подает искусственную нагрузку на источник питания во время периодов отсутствия получения данных от датчика(ов). Приведенные в качестве примера периоды выборки включают, помимо прочего, 1 минуту, 2 минуты, 5 минут, 10 минут, 15 минут, 20 минут и 30 минут. Другие примеры испытания источника питания включают, помимо прочего, получение напряжения под нагрузкой, имеющего специальную испытательную форму сигнала для пульсации тока, поступающего из аккумулятора, и измерение падения напряжения по сравнению с результатами, которые были сравнены с предварительно заданным пороговым значением, которое в дополнительном варианте осуществления может быть отрегулировано по нисходящей ввиду ожидаемого оставшегося времени работы.

В дополнительном альтернативном варианте осуществления контроллер сохранения данных памяти отслеживает устройство управления данными для определения оставшегося пространства. Если оставшееся пространство в памяти устройства управления данными меньше порогового значения свободного пространства, контроллер сохранения данных памяти отправляет сигнал на системный контроллер для выполнения, по меньшей мере, одного из следующего: прекращения получения данных от системы (систем) датчиков для предотвращения создания дополнительных данных для хранения, отправки сигнала на запоминающее устройство для установки индикатора переполненной памяти и для перемещения сохраненных на данный момент данных для предоставления дополнительного пространства с использованием подхода в порядке очереди, и отключения питания системного контроллера и системы (систем) датчиков для подачи питания исключительно на запоминающее устройство. К другим примерам относятся: сохранение временной отметки, отражающей низкий объем памяти, на основании текущих показаний накопителя, уменьшение частоты выборки, по меньшей мере, одного из акселерометра и преобразователя, завершение дальнейшей выборки, по меньшей мере, одного из акселерометра и преобразователя, сохранение дальнейших показаний, по меньшей мере, одного из акселерометра и преобразователя поверх первых сохраненных показаний в памяти и удаление сохраненных показаний датчиков, соответствующих самым низким значениям накопителя, смещение оставшихся сохраненных показаний датчика и накопителя в памяти и любая комбинация этих примеров.

В дополнительном варианте осуществления, относящемся к вышеизложенным вариантам осуществления, контроллер сохранения данных памяти и/или система управления ресурсами являются частью системного контроллера.

По меньшей мере, в одном варианте осуществления система дополнительно содержит коробку для хранения. По меньшей мере, в одном варианте осуществления коробка для хранения содержит основание с корпусом и крышкой, которые соединены вдоль одной кромки для упрощения открытия крышки относительно основания для хранения контактной линзы внутри полости в корпусе. В альтернативных вариантах осуществления коробка для хранения может иметь функциональные возможности дезинфекции, отслеживания, перегруппирования и внешнего подключения. Функциональная возможность дезинфекции позволяет пользователю использовать линзы в течение продолжительного периода времени.

На ФИГ. 22 проиллюстрирован пример коробки для хранения, имеющей корпус 2200, систему связи, запоминающее устройство, часы, соединитель 2202 электросвязи и источник 2206 питания. В альтернативном варианте осуществления коробка для хранения содержит основной блок 2204 дезинфекции излучением, содержащийся внутри корпуса, такого как описанные ранее корпус, и крышку. Соединитель 2202 электросвязи может включать в себя USB-разъем или другой тип соединителя. Соединитель может включать клемму для передачи данных и/или электропитания. В некоторых вариантах осуществления соединитель 2202 электросвязи подает питание для работы основного блока 2204 дезинфекции излучением. Некоторые варианты осуществления могут также включать одну или несколько батарей 2206 или другое устройство для накопления энергии. В некоторых вариантах осуществления батареи 2206 включают одну или несколько литий-ионных батарей или другое перезаряжаемое устройство. Устройства для накопления энергии могут заряжаться электрическим током через соединитель 2202 электросвязи. По меньшей мере, в одном варианте осуществления батареи основной блок 2204 дезинфекции излучением работает за счет энергии, накопленной в батареях 2206.

В, по меньшей мере, одном варианте осуществления система связи содержит антенну, такую как антенна радиочастотной идентификации (RFID), для взаимодействия со вставленными линзами и контроллером, находящимся в электрическом соединении с указанной антенной. По меньшей мере, в одном варианте осуществления контроллер электрически соединен с, по меньшей мере, одним запоминающим устройством, которое, по меньшей мере, в одном варианте осуществления является флэш-памятью, подобной той, что используется в карте памяти. Примеры взаимодействия включают беспроводную зарядку источника питания на одной или обеих линзах, передачу данных, сохраненных на линзе (линзах), в память в коробке для хранения (или связанную с ней память) и передачу шаблонов и масок на основании относящихся к носителю характеристик с коробки для хранения, по меньшей мере, на одну линзу. В альтернативном варианте осуществления антенну используют для связи с внешним устройством, таким как компьютер или смартфон.

По меньшей мере, в одном варианте осуществления контроллер выполнен с возможностью преобразования и/или форматирования данных, принятых, по меньшей мере, от одной линзы, для изменения информации об отметке времени на актуальный момент времени на основании текущего показания батареи в момент передачи данных, сопоставимых с текущим временем на коробке для хранения. По меньшей мере, в одном варианте осуществления коробка для хранения отправляет сигнал на линзу для сброса аккумулятора в нулевое положение и процессор записывает в память время, в которое аккумулятор был сброшен в нулевое положение. После повторной вставки линзы в коробку для хранения процессор учитывает текущее время и определяет количество циклов выборки. В вариантах осуществления, в которых циклы выборки имеют различную длину в зависимости от цели выборки и/или рабочего состояния линзы (линз) вследствие удаления линзы (линз), коробка для хранения нормирует периоды выборки в зависимости от разницы во времени между удалением линзы (линз) из коробки для хранения и возвращением линзы (линз) в коробку для хранения, которая измеряется коробкой для хранения.

В некоторых вариантах осуществления соединитель 2102 электросвязи может включать простой источник переменного или постоянного тока. В таких вариантах осуществления источник 2106 питания можно не применять, поскольку энергия подводится через соединитель 2102 электросвязи.

Интраокулярная линза, или ИОЛ, является линзой, которая имплантируется в глаз и заменяет хрусталик глаза. Она может применяться у людей, страдающих катарактой, или просто для лечения различных рефракционных аномалий. Как правило, ИОЛ содержит небольшую пластиковую линзу с пластиковым боковым подкосом, называемым гаптическим элементом, для удержания линзы на своем месте внутри капсулярного мешка глаза. Любые электронные элементы и/или компоненты, описанные в настоящем документе, могут быть встроены в ИОЛ таким же способом, как и в контактные линзы.

На ФИГ. 23 представлен способ отслеживания сна при помощи офтальмологической линзы с электропитанием. Как описано выше, существуют разнообразные способы выполнения этапа 2302 активации офтальмологической линзы с электропитанием. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления, в результате активации офтальмологической линзы с электропитанием или, в альтернативном варианте осуществления, рабочего состояния отслеживания сна, на этапе 2304 запускается накопитель на линзе для отслеживания времени. На этапе 2306 системный контроллер отслеживает систему датчиков положения века, чтобы выявить, закрыто(ы) ли веко(и), с первой частотой выборки. Когда системный контроллер обнаруживает, что веко закрыто, осуществляется этап 2308 выборки системы датчиков движения глаза (например, акселерометр и/или преобразователь). На этапе 2310 системный контроллер определяет, превышают ли порог показания системы датчиков движения глаза. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления превышение порога свидетельствует о сне типа REM. На этапе 2312 при превышении порога системный контроллер получает показания с накопителя и на этапе 2314 сохраняет показания накопителя вместе с показаниями датчика движения глаза. На этапе 2316 системный контроллер получает показания с датчика движения глаза и определяет, когда показания падают ниже порога, что указывает в, по меньшей мере, одном варианте осуществления на окончание REM-сна, после этого возвращаясь к получению показаний о закрытии век.

В альтернативном варианте осуществления выборка и сохранение данных от системы датчиков положения века и системы датчиков движения глаза происходят в сочетании с запуском накопителя или без такового, как только офтальмологическая линза активируется для сбора данных. Данные передаются на внешнее устройство (например, внешнее устройство 1390 на ФИГ. 13B) для анализа и/или просмотра в процессе сбора данных или после начала сбора данных. В дополнительном варианте осуществления выборка и сохранение продолжаются до получения сигнала о завершении, указывающего на окончание сбора данных и/или на то, что система управления ресурсами определила, что свободных ресурсов недостаточно. В другом альтернативном варианте осуществления вместо сохранения данных они передаются на внешнее устройство.

В дополнительном варианте осуществления измеряется уровень освещенности с использованием фотодатчика, находящегося на контактной линзе. Показания уровня освещенности сохраняются, например, устройством управления данными, в качестве исходного уровня освещенности вместе с показаниями накопителя. Системный контроллер получает показания фотодатчика для определения того, когда произойдет изменение уровня освещенности, и сохраняет текущие показания накопителя и показания уровня освещенности. Это позволяет отследить уровень внешней освещенности, пока веки открыты, чтобы можно было анализировать характер засыпания. В еще одном варианте осуществления системный контроллер сравнивает показания накопителя с порогом продолжительности. Когда показания накопителя превысят порог продолжительности, системный контроллер выполнит выборку фотодатчика для определения того, приближается ли текущий уровень освещенности к показаниям исходной освещенности, так чтобы при достижении исходного уровня освещенности можно было завершить отслеживание сна. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления это позволяет снизить частоту выборки и отслеживания текущего уровня освещенности, пока не пройдет ожидаемая продолжительность сна.

В, по меньшей мере, одном варианте осуществления частота выборки датчиков положения века и/или датчиков положения глаза меняется на вторую частоту выборки (например, вторую частоту выборки закрытия века и вторую частоту выборки движений). В, по меньшей мере, одном варианте осуществления вторые частоты выборки меньше, тогда как в другом варианте осуществления вторые частоты выборки больше.

В, по меньшей мере, одном варианте осуществления контактная линза осуществляет способ в сочетании с внешним устройством, которое в, по меньшей мере, одном варианте осуществления обеспечивает хранение и/или вычислительную мощность. Контактная линза при сохранении показания также передает показание на внешнее устройство для хранения. В альтернативном варианте осуществления контактная линза не хранит показания и использует для хранения показаний внешнее устройство. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления внешнее устройство хранит показания вместе с отметкой времени на основании текущего времени на внешнем устройстве, тогда как в альтернативном варианте осуществления внешнее устройство корректирует отметку времени, принимая во внимание время передачи между контактной линзой и внешним устройством. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления внешнее устройство получает данные об уровне освещенности, например, при помощи камеры или иного полупроводникового приемника света (CCD), и сохраняет уровень освещенности вместе с отметкой времени в памяти внешнего устройства. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления, как описывалось ранее, внешнее устройство может предоставлять интерфейс, предусматривающий пользовательский ввод, связанный с началом исследования сна и завершением исследования сна.

В альтернативном варианте осуществления способа, показанном на ФИГ. 24, офтальмологическая линза с электропитанием активируется на этапе 2402, хотя в, по меньшей мере, одном варианте осуществления этот этап отсутствует. Системный контроллер и/или устройство управления данными на этапе 2404 запускает накопитель для отслеживания истекшего времени. Системный контроллер на этапе 2406 выполняет выборку датчика положения глаза, например, акселерометра или преобразователя, причем в, по меньшей мере, одном варианте осуществления эта выборка выполняется, по меньшей мере, один раз. Показания, полученные с датчика положения глаза, системный контроллер сравнивает с порогом на этапе 2408, и если порог превышен, системный контроллер и/или устройство управления данными получает показания с накопителя на этапе 2410; сохраняет показания накопителя и показания датчика положения глаза на этапе 2412; и на этапе 2414 определяет, имеют ли полученные позже показания значения меньше порога, и если показания имеют значения меньше порога, на этапе 2416 сохраняет указание на завершение REM-сна. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления пороги имеют разные значения, тогда как в другом варианте осуществления пороги представляют собой один порог, причем пороги представляют собой первый порог и второй порог. В различных альтернативных вариантах осуществления варианты осуществления, описанные в дополнение к способу, показанному на ФИГ. 23, работают в сочетании со способом, показанным на ФИГ. 24.

В альтернативном варианте осуществления способа, показанном на ФИГ. 25, на этапе 2502 линза активируется, хотя в, по меньшей мере, одном варианте осуществления этот этап отсутствует. На этапе 2504 системный контроллер и/или устройство управления данными запускает накопитель для отслеживания истекшего времени. На этапе 2506 системный контроллер выполняет выборку датчика положения глаза, например, акселерометра или преобразователя, причем в, по меньшей мере, одном варианте осуществления эта выборка выполняется, по меньшей мере, один раз. На этапе 2508 системный контроллер и/или устройство управления данными принимает показания от накопителя; затем на этапе 2510 сохраняет показания накопителя и показания датчика положения глаза. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления этапы выборки, извлечения и сохранения повторяются до деактивации или завершения способа, и примеры включают в себя различные ранее рассмотренные подходы.

Несмотря на то, что настоящее изобретение было показано и описано в виде вариантов осуществления, считающихся наиболее практически важными, очевидно, что специалисты в данной области техники смогут предложить отклонения от конкретных описанных и показанных конструкций и способов, которые могут быть использованы без отступления от сущности и объема изобретения. Настоящее изобретение не ограничивается конкретными конструкциями, описанными и проиллюстрированными в настоящем документе, но все образцы изобретения должны согласовываться со всеми модификациями в пределах объема, определенного прилагаемой формулой изобретения.

Группа изобретений относится к медицине. В настоящем документе описана система датчиков положения века и/или система датчиков движения глаза для офтальмологической линзы, имеющей электронную систему, для регистрации данных, связанных со сном пользователя. Система датчиков положения века является частью электронной системы, включенной в офтальмологическую линзу. Электронная система по меньшей мере в одном варианте осуществления включает в себя системный контроллер и устройство управления данными. По меньшей мере в одном варианте осуществления систему датчиков положения века используют для определения положения века, а систему датчиков движения глаза используют для определения положения глаза, чтобы системный контроллер мог определить, что пользователь бодрствует, спит или находится в состоянии сна с быстрыми движениями глаз (REM). Применение данной группы изобретений позволит расширить арсенал технических средств, применяемых для отслеживания сна при помощи офтальмологической линзы с электропитанием. 4 н. и 17 з.п. ф-лы, 25 ил.

1. Способ отслеживания сна при помощи офтальмологической линзы с электропитанием, содержащий этапы, на которых:

активируют офтальмологическую линзу с электропитанием;

запускают накопитель на линзе для отслеживания течения времени;

определяют на первой частоте выборки, закрылось ли веко;

при обнаружении закрытия века:

получают выборку данных по меньшей мере однократно по меньшей мере одного из акселерометра и преобразователя и

определяют, превышен ли порог движения глаза, и, если порог движения глаза превышен,

извлекают показание из накопителя;

сохраняют показание накопителя и показание по меньшей мере одного из акселерометра и преобразователя; и

определяют, находится ли показание ниже порога движения глаза, причем, если показание ниже порога движения глаза, сохраняют указание на конец сна с быстрым движением глаз (REM) и возвращаются к получению выборки закрытия века,

отслеживают подачу питания на линзу для выявления доступного уровня энергии;

если доступный уровень энергии источника питания ниже нижнего порога энергии, выполняют по меньшей мере одно из следующих действий:

уменьшают частоту выборки по меньшей мере одного из акселерометра и преобразователя;

уменьшают частоту выборки по меньшей мере одного датчика;

прекращают дальнейшую выборку по меньшей мере одного из акселерометра и преобразователя;

прекращают дальнейшее отслеживание подачи питания;

сохраняют отметку времени, соответствующую низкому уровню энергии, на основании текущего значения накопителя;

прекращают энергообеспечение по меньшей мере одного из акселерометра и преобразователя;

выполняют выборку закрытия век со второй частотой выборки, меньшей, чем первая частота выборки, и

подают питание на память, где хранятся показания.

2. Способ по п. 1, дополнительно содержащий этапы, на которых:

измеряют уровень освещенности при помощи по меньшей мере одного фотодатчика, находящегося на линзе;

сохраняют уровень освещенности и текущее показание накопителя и

определяют время изменения уровня освещенности и сохраняют текущее показание накопителя с показанием уровня освещенности.

3. Способ по п. 2, дополнительно содержащий этапы, на которых:

сравнивают показание накопителя с порогом продолжительности, связанным с ожидаемой продолжительностью сна, и,

если показание накопителя превышает указанный порог продолжительности, определяют, приближается ли текущий уровень освещенности к исходному показанию уровня освещенности, и в случае достижения исходного уровня освещенности прерывают реализацию способа.

4. Способ по п. 1, в котором выборку данных по меньшей мере одного из акселерометра и преобразователя получают с первой частотой выборки перемещения до тех пор, пока показание не превысит порог движения глаза, после чего выборку поучают со второй частотой выборки перемещения.

5. Способ по п. 1, в котором после обнаружения закрытия века выборку закрытия века получают со второй частотой выборки.

6. Способ по п. 1, дополнительно содержащий этапы, на которых:

отслеживают доступную память для хранения показаний;

если доступный объем памяти ниже нижнего порога памяти, выполняют по меньшей мере одно из следующих действий:

сохраняют отметку времени, соответствующую малому объему свободной памяти, на основании текущего значения накопителя;

уменьшают частоту выборки по меньшей мере одного из акселерометра и преобразователя;

прекращают дальнейшую выборку по меньшей мере одного из акселерометра и преобразователя;

сохраняют последующие показания по меньшей мере одного из акселерометра и преобразователя поверх самых ранних сохраненных в памяти показаний и

удаляют сохраненные показания датчиков, ассоциированные с самым низким значением накопителя, и смещают оставшиеся сохраненные показания датчиков и накопителя в памяти.

7. Способ по п. 1, в котором сохранение показаний включает в себя передачу показаний на внешнее устройство для хранения.

8. Способ по п. 7, в котором внешнее устройство сохраняет показания с отметкой времени на основании текущего времени на внешнем устройстве.

9. Способ по п. 7, дополнительно содержащий этапы, на которых:

получают выборку данных об уровне освещенности посредством внешнего устройства и сохраняют данные об уровне освещенности с отметкой времени в памяти.

10. Способ по п. 7, дополнительно содержащий этап, на котором с помощью внешнего устройства получают пользовательские входные данные для запуска исследования сна и завершения исследования сна.

11. Способ отслеживания сна при помощи офтальмологической линзы с электропитанием, содержащий этапы, на которых:

активируют офтальмологическую линзу с электропитанием;

запускают накопитель на линзе для отслеживания течения времени;

получают выборку данных по меньшей мере однократно по меньшей мере одного из акселерометра и преобразователя и

определяют, превышен ли первый порог движения глаза, и, если первый порог движения глаза превышен,

извлекают показание из накопителя;

сохраняют показание накопителя и показание по меньшей мере одного из акселерометра и преобразователя и

определяют, находится ли показание ниже второго порога движения глаза, причем, если показание ниже второго порога движения глаза, сохраняют указание на конец сна с быстрым движением глаз (REM) и возвращаются к получению выборки закрытия века,

отслеживают подачу питания на линзу для выявления доступного уровня энергии;

если доступный уровень энергии источника питания ниже нижнего порога энергии, выполняют по меньшей мере одно из следующих действий:

уменьшают частоту выборки по меньшей мере одного из акселерометра и преобразователя;

уменьшают частоту выборки по меньшей мере одного датчика;

прекращают дальнейшую выборку по меньшей мере одного из акселерометра и преобразователя;

прекращают дальнейшее отслеживание подачи питания;

сохраняют отметку времени, соответствующую низкому уровню энергии, на основании текущего значения накопителя;

прекращают энергообеспечение по меньшей мере одного из акселерометра и преобразователя;

выполняют выборку закрытия век со второй частотой выборки, меньшей, чем первая частота выборки, и

подают питание на память, где хранятся показания.

12. Способ по п. 11, в котором выборку данных по меньшей мере одного из акселерометра и преобразователя получают с первой частотой выборки перемещения до тех пор, пока показание не превысит порог движения глаза, после чего выборку поучают со второй частотой выборки перемещения.

13. Способ по п. 11, дополнительно содержащий этапы, на которых:

отслеживают доступную память для хранения показаний;

если доступный объем памяти ниже нижнего порога памяти, выполняют по меньшей мере одно из следующих действий:

сохраняют отметку времени, соответствующую малому объему свободной памяти, на основании текущего значения накопителя;

уменьшают частоту выборки по меньшей мере одного из акселерометра и преобразователя;

прекращают дальнейшую выборку по меньшей мере одного из акселерометра и преобразователя;

сохраняют последующие показания по меньшей мере одного из акселерометра и преобразователя поверх самых ранних сохраненных в памяти показаний и

удаляют сохраненные показания датчиков, ассоциированные с самым низким значением накопителя, и смещают оставшиеся сохраненные показания датчиков и накопителя в памяти.

14. Способ по п. 11, в котором любое сохранение показаний включает в себя передачу показания на внешнее устройство для хранения.

15. Офтальмологическая линза с электропитанием, содержащая:

контактную линзу;

систему датчиков положения века в контактной линзе, включающую в себя матрицу датчиков, имеющую множество измерительных точек, разнесенных по вертикали друг от друга, для обнаружения положения века, и блок формирования сигнала, выполненный с возможностью выборки измерительных точек в матрице датчиков для обнаружения положения века и передачи выходного сигнала о положении века;

систему датчиков движения глаза в контактной линзе, включающую в себя по меньшей мере один датчик для отслеживания и определения положения глаза и блок формирования сигнала, функционально соединенный с датчиком и выполненный с возможностью отслеживания и определения положения глаза в пространственных координатах на основании информации выходного сигнала датчиков и передачи выходного сигнала о движениях;

системный контроллер, электрически соединенный с указанной системой датчиков положения века и указанной системой датчиков движения глаза, причем указанный системный контроллер выполнен с возможностью выполнения выборки указанной системы датчиков положения века и указанной системы датчиков движения глаза на основании по меньшей мере одной предварительно заданной частоты выборки;

память в электрическом соединении с указанным контроллером;

причем указанный системный контроллер сохраняет данные на основании каждой выборки в указанной памяти,

источник питания, электрически соединенный с указанной системой датчиков положения века, указанной системой датчиков движения глаза и указанным системным контроллером, и

систему управления ресурсами в электрическом соединении с по меньшей мере одним из указанного источника питания и указанной памяти; причем указанная система управления ресурсами выполнена с возможностью определения по меньшей мере одного из низкого уровня энергии и превышения порога заполнения памяти, и в ответ на положительное определение указанная система управления ресурсами выполнена с возможностью выполнения по меньшей мере одного из следующих действий:

уменьшение всех частот выборки системы;

завершение всех выборок указанной системы датчиков положения века и указанной системы датчиков движения глаза и

замена более ранних данных более поздними данными после превышения порога заполнения памяти.

16. Офтальмологическая линза с электропитанием по п. 15, дополнительно содержащая накопитель,

причем указанный системный контроллер выполнен с возможностью сохранения соответствующего показания указанного накопителя для каждого сохраненного набора данных выборки.

17. Офтальмологическая линза с электропитанием по п. 15, дополнительно содержащая систему связи, выполненную с возможностью связи с внешним устройством.

18. Офтальмологическая линза с электропитанием по п. 17, в которой указанный системный контроллер передает любой полученный выходной сигнал на внешнее устройство через указанную систему связи.

19. Офтальмологическая линза с электропитанием по п. 15, в которой указанная система отслеживания движения глаза включает в себя по меньшей мере один акселерометр.

20. Офтальмологическая линза с электропитанием по п. 19, в которой указанный блок формирования сигнала системы датчиков движения глаза генерирует выходной сигнал, когда сигнал указанного по меньшей мере одного акселерометра превышает порог движения глаза.

21. Система отслеживания сна при помощи офтальмологической линзы с электропитанием, содержащая:

офтальмологическую линзу с электропитанием по п. 15 и

базовую станцию, выполненную с возможностью вмещения указанной линзы, причем указанная базовая станция включает в себя:

корпус, имеющий полость достаточного размера для по меньшей мере одной линзы;

таймер;

систему связи, выполненную с возможностью связи с любой линзой, вставленной в указанный корпус, включая активацию указанной линзы и загрузку данных, хранящихся в указанной памяти в указанной линзе;

память, выполненную с возможностью хранения загруженных данных, и

средства для связи с внешним компьютером для передачи данных, полученных из указанной памяти в указанной линзе.