BR102013008014A2 - Sistema de detecção de piscar de olhos para lente oftálmica eletrônica - Google Patents

Abstract

Sistema de detecção de piscar de olhos para lente oftálmica eletrônica. A presente invenção refere-se a um algoritmo de detecção de piscar de olhos e um circuito associado para uma lente oftálmica que compreende um sistema eletrônico. O algoritmo de detecção de piscar de olhos é implementado no controlador de sistema que faz parte de um sistema eletrônico incorporado na lente oftálmica. O sistema eletrônico inclui uma ou mais baterias ou outras fontes de energia, um circuito de gerenciamento de energia, um ou mais sensores, um circuito de geração de sinais de sincronismo, algoritmos e circuitos de controle, e um circuito acionador da lente. O algoritmo de deteção de piscar de olhos implementa as etapas de amostrar, a uma taxa pré-determinada, a luz incidente em um olho de um indivíduo e guardar pelo menos temporariamente as amostras coletadas, determinar quando uma pálpebra está aberta ou fechada de modo a advinhar o número, o período de tempor e a largura de pulso das piscadas das amostras coletadas, calcular uma quantidade de piscadas e a duração das piscadas em um dado período de tempo, e comparar o número de piscadas, as durações das piscadas no dado período de tempo, e o tempo entre as piscadas no dado período de tempo a um conjunto armazenado de amostras para determinar os padrões no piscar de olhos.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SISTEMA DE DETECÇÃO DE PISCAR DE OLHOS PARA LENTE OFTÁLMICA ELETRÔNICA".

REFERÊNCIA REMISSIVA A PEDIDOS DE DEPÓSITO CORRELATOS

Este pedido de patente reivindica o benefício do pedido de patente US n° 61/619.682, depositado em 3 de abril de 2012.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO 1. Campo da Invenção A presente invenção refere-se a uma lente oftálmica alimentada ou eletrônica que tem um sensor e hardware e software associados para detectar quando um indivíduo pisca, e mais particularmente, a um sensor e hardware e software associados para detectar piscadas e padrões do piscar de olhos em um indivíduo para ativar e controlar uma lente oftálmica alimentada ou eletrônica. 2. Discussão da Técnica Relacionada Como os dispositivos eletrônicos continuam a ser miniaturiza-dos, está se tornando cada vez mais provável criar dispositivos microeletrô-nicos que podem ser vestidos ou embutidos para uma variedade de usos. Tais usos podem incluir o monitoramento de aspectos da química do corpo, administração de dosagens controladas de medicamentos ou agentes terapêuticos através de vários mecanismos, incluindo automaticamente, em resposta a medições, ou em resposta a sinais de controle externos, e aumento do desempenho de órgãos ou tecidos. Exemplos de tais dispositivos incluem bombas de infusão de glicose, marca-passos, desfibriladores, dispositivos de auxílio ventricular e neuroestimuladores. Um novo campo de aplicação particularmente útil é em lentes e lentes de contato oftálmicas que podem ser vestidas. Por exemplo, uma lente que pode ser vestida pode incorporar um conjunto de lente que tem um foco ajustável eletronicamente para aumentar ou melhorar o desempenho do olho. Em outro exemplo, com ou sem foco ajustável, uma lente de contato que pode ser vestida pode incorporar sensores eletrônicos para detectar concentrações de produtos químicos específicos no filme pré-corneal (lacrimal). O uso de elementos eletrônicos embuti- dos em um conjunto de lente introduz uma potencial necessidade de comunicação com os elementos eletrônicos, de um método para fornecer energia e/ou reenergizar os elementos eletrônicos e de interconectar os elementos eletrônicos para detecção e/ou monitoramento interno e externo e para controlar os elementos eletrônicos e a função geral da lente. O olho humano tem a capacidade de discernir milhões de cores, se ajustar facilmente a condições de luz mutáveis, e transmitir sinais ou informações ao cérebro a uma taxa que supera a de uma conexão de internet de velocidade alta. As lentes, como lentes de contato e lentes intraoculares, são utilizadas atualmente para corrigir defeitos de visão como miopia (hipo-metropia), hiperopia (hipermetropia), presbiopia e astigmatismo. Entretanto, lentes adequadamente projetadas que incorporam componentes adicionais podem ser usadas para melhorar a visão assim como para corrigir defeitos de visão.

Lentes de contato podem ser usadas para corrigir miopia, hiperopia, astigmatismo assim como outros defeitos da acuidade visual. Lentes de contato podem, também, ser utilizadas para melhorar a aparência natural dos olhos do usuário. As lentes de contato ou "lentes" são simplesmente lentes colocadas sobre a superfície anterior do olho. As lentes de contato são consideradas como dispositivos médicos e podem ser usadas para corrigir a visão e/ou por razões cosméticas ou outras razões terapêuticas. As lentes de contato têm sido utilizadas comercialmente para aprimorar a visão desde a década de 1950. As lentes de contato antigas eram produzidas ou fabricadas a partir de materiais rígidos e eram relativamente dispendiosas e frágeis. Ademais, essas lentes de contato antigas eram fabricadas a partir de materiais que não permitiam a transmissão de oxigênio o suficiente através das lentes de contato para a conjuntiva e córnea que poderiam causar, potencialmente, vários efeitos clínicos adversos. Embora essas lentes de contato ainda sejam utilizadas, elas não são adequadas para todos os pacientes devido a seu conforto inicial insatisfatório. Os desenvolvimentos posteriores no campo promoveram o surgimento de lentes de contato moles, baseadas em hidrogéis, que são extremamente populares e amplamente utilizadas atualmente. Especificamente, as lentes de contato de hidrogel e silicone que estão disponíveis hoje combinam o benefício do silicone, que tem permeabilidade ao oxigênio extremamente alta, e o conforto comprovado e desempenho clínico dos hidrogéis. Essencialmente, essas lentes de contato à base de hidrogel e silicone têm permeabilidade mais alta ao oxigênio e são, em geral, mais confortáveis para se usar do que as lentes de contato produzidas a partir dos materiais rígidos anteriores.

As lentes de contato convencionais são estruturas poliméricas com formatos específicos para corrigir vários problemas de visão, conforme resumidamente apresentado acima. Para alcançar a funcionalidade aperfeiçoada, vários circuitos e componentes precisam ser integrados nestas estruturas poliméricas. Por exemplo, circuitos de controle, microprocessadores, dispositivos de comunicação, alimentadores, sensores, atuadores, diodos emissores de luz e antenas em miniatura podem ser integrados em lentes de contato através de componentes optoeletrônicos construídos sob medida, não apenas para corrigir a visão, mas para melhorar a visão assim como fornecer funcionalidade adicional, tal como é explicado na presente invenção. Lentes de contato eletrônicas e/ou alimentadas podem ser projetadas para proporcionar visão intensificada através de capacidades de ampliação e redução ou apenas simplesmente modificando as capacidades refrativas das lentes. As lentes de contato eletrônicas e/ou alimentadas podem ser projetadas para melhorar a cor e a resolução, para exibir informações de textura, para traduzir a fala em legendas em tempo real, oferecer indicações visuais a partir de um sistema de navegação, fornecer processamento de imagens e acesso à internet. As lentes podem ser projetadas para permitir ao usuário ver em condições de pouca luz. Os elementos eletrônicos e/ou arranjo de elementos eletrônicos apropriadamente projetados nas lentes podem permitir a projeção de uma imagem sobre a retina, por exemplo, sem uma lente óptica de foco variável, fornecer telas de imagens de inovações e até mesmo fornecer alarmes. Alternativamente, ou em adição a qualquer uma destas funções ou funções similares, as lentes de contato podem incorporar componentes para o monitoramento não invasivo dos biomarcadores do usuário e indicadores de saúde. Por exemplo, sensores construídos nas lentes podem permitir a um paciente diabético manter indicações sobre os níveis de açúcar sanguíneo pela análise de componentes do filme iacrimal sem a necessidade de retirar sangue. Além disso, uma lente configurada apropriadamente pode incorporar sensores para o monitoramento de colesterol, níveis de sódio e potássio assim como outros marcadores biológicos. Isto acoplado a um transmissor de dados sem fio poderia permitir a um médico ter acesso quase imediato à química do sangue do paciente sem a necessidade de o paciente perder tempo para ir a um laboratório e tirar sangue. Além disso, sensores incorporados nas lentes podem ser usados para detectar luz incidente sobre o olho para compensar as condições de luz ambiente ou para uso na determinação dos padrões do piscar dos olhos. A combinação adequada de dispositivos poderia fornecer funcionalidade potencialmente ilimitada; entretanto, há inúmeras dificuldades associadas com a incorporação de componentes adicionais em um pedaço de polímero de grau óptico. Em geral, é difícil fabricar tais componentes diretamente sobre a lente por várias razões, assim como instalar e interconectar dispositivos planos sobre uma superfície não planar. Também é difícil a fabricação em escala. Os componentes a serem colocados sobre ou dentro da lente precisam ser miniaturizados e integrados sobre apenas 1,5 centímetro quadrado de um polímero transparente, porém protegendo os componentes do ambiente líquido sobre o olho. Também é difícil tornar uma lente de contato confortável e segura para o usuário com a espessura adicionada dos componentes adicionais.

Devido às restrições de área e volume de um dispositivo oftálmi-co como uma lente de contato, e o ambiente no qual ela deve ser utilizada, a concretização física do dispositivo deve vencer vários problemas, inclusive a instalação e interconexão de vários componentes eletrônicos sobre uma superfície não planar, cujo volume compreende plástico óptico. Consequentemente, existe uma necessidade por fornecer uma lente de contato eletrônica mecânica e eletricamente robusta.

Como são lentes alimentadas, a energia, ou mais particularmen- te, o consumo de corrente para executar os elementos eletrônicos, é uma preocupação dada a tecnologia de baterias na escala para uma lente oftál-mica. Em adição ao consumo de corrente normal, dispositivos ou sistemas alimentados desta natureza exigem, geralmente, fontes de corrente de reserva, controle preciso da tensão e capacidades de chaveamento para assegurar a operação ao longo de uma gama potencialmente ampla de parâmetros de operação e consumo de rajada, por exemplo, até dezoito (18) horas em uma única carga, após permanecer potencialmente ocioso por anos. Consequentemente, existe uma necessidade por um sistema que seja otimizado para um serviço confiável de baixo custo e longo prazo, segurança e tamanho, mas fornecendo a energia necessária.

Além disso, por causa da complexidade da funcionalidade associada com uma lente alimentada e o nível alto de interação entre todos os componentes que compreendem uma lente alimentada, existe uma necessidade para coordenar e controlar a operação geral dos elementos eletrônicos e ópticos que compreendem uma lente oftálmica alimentada. Consequentemente, existe uma necessidade por um sistema para controlar a operação de todos os outros componentes, que seja seguro, de baixo custo e confiável, tem tenha uma baixa taxa de consumo de energia e seja escalonável para incorporação em uma lente oftálmica.

As lentes oftálmicas alimentadas ou eletrônicas podem ter que consideras certas funções fisiológicas únicas do indivíduo que usa a lente oftálmica alimentada ou eletrônica. Mais especificamente, lentes alimentadas podem ter que considerar o piscar de olhos, inclusive o número de piscadas em um dado período de tempo, a duração da piscada, o tempo entre as piscadas e qualquer quantidade de possíveis padrões de piscar de olhos, por exemplo, se o indivíduo adormeceu. A detecção do piscar de olhos pode, também, ser utilizada para fornecer certa funcionalidade, por exemplo, o piscar de olhos pode ser usado como um meio para controlar um ou mais aspectos de uma lente oftálmica alimentada. Adicionalmente, fatores externos, como alterações nos níveis de intensidade de luz, e a quantidade de luz visível que a pálpebra de uma pessoa bloqueia precisam ser levados em conta para quando se determina as piscadas. Por exemplo, se uma sala tem um nível de iluminação entre cinquenta e quatro (54) e cento e sessenta e um (161) lux, um fotossensor deve ser suficientemente sensível para detectar alterações na intensidade de luz que ocorrem quando uma pessoa pisca.

Os sensores de luz ambiente ou fotossensores são utilizados em muitos sistemas e produtos, por exemplo, em televisões para ajustar o brilho de acordo com a luz do ambiente, em luzes para serem ligadas ao anoitecer, e em telefones para ajustar o brilho da tela. Entretanto, estes sistemas sensores utilizados atualmente não são suficientemente pequenos e/ou não têm consumo de energia baixo o suficiente para incorporação em lentes de contato.

Também é importante observar que diferentes tipos de detectores de piscar de olhos podem ser implementados com sistemas de visão computadorizados direcionados aos olhos de uma pessoa, por exemplo, uma câmera digitalizada a um computador. O software rodando no computador pode reconhecer padrões visuais como o olho aberto e fechado. Estes sistemas podem ser usados em ambientes clínicos oftálmicos para fins de diagnóstico e estudos. Ao contrário dos detectores e sistemas descritos acima, estes sistemas são destinados para uso fora dos olhos e para serem olhados e não serem vistos a partir dos olhos. Embora estes sistemas não sejam pequenos o suficiente para serem incorporados em lentes de contato, o software utilizado pode ser similar ao software que funcionaria em conjunto com as lentes de contato alimentadas. Qualquer sistema pode incorporar implementações de software de redes neurais artificiais que aprendem a partir da entrada e ajustam sua saída de acordo. Alternativamente, implementações de software não baseadas em biologia, que incorporam estatísticas, outros algoritmos adaptativos e/ou processamento de sinal podem ser usados para criar sistemas inteligentes.

Consequentemente, existe uma necessidade por um meio e um método para detectar certas funções fisiológicas, como um piscar de olhos, e utilizá-las para ativar e/ou controlar uma lente oftálmica eletrônica ou alimentada de acordo com o tipo de sequência de piscada detectada por um sen- sor. O sensor utilizado tendo que ser dimensionado e configurado para uso em uma lente de contato.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO O algoritmo de detecção de piscar de olhos de acordo com a presente invenção supera as limitações associadas com a técnica anterior, como resumidamente descrito acima. Mais especificamente, o algoritmo de detecção de piscar de olhos da presente invenção é capaz de distinguir entre padrões normais de piscar de olhos e padrões de piscar de olhos propo-sitadamente únicos de modo a controlar a funcionalidade em uma lente of-tálmica alimentada. O algoritmo de detecção de piscar de olhos da presente invenção também é capaz de ser integrado em uma lente de contato.

De acordo com um aspecto, a presente invenção refere-se a um método para detectar piscadas de olhos e padrões de piscar de olhos. O método compreende as etapas de amostrar, a uma taxa pré-determinada, a luz incidente em um olho de um indivíduo e guardar pelo menos temporariamente as amostras coletadas, determinar quando uma pálpebra está aberta ou fechada de modo a adivinhar o número, o período de tempo e a largura de pulso das piscadas das amostras coletadas, calcular uma quantidade de piscadas e a duração das piscadas em um dado período de tempo, e comparar o número de piscadas, as durações das piscadas no dado período de tempo, e o tempo entre as piscadas no dado período de tempo a um conjunto armazenado de amostras representativo de uma ou mais sequências de piscadas intencionais pré-determinadas, para determinar os padrões no piscar de olhos e determinar se as piscadas correspondem a uma ou mais das sequências de piscar de olhos intencionais pré-determinadas.

De acordo com outro aspecto, a presente invenção refere-se a um sistema para detectar piscadas de olhos e padrões de piscar de olhos. O sistema compreende um detector de luz configurado para enviar um sinal que corresponde à intensidade da luz incidente em um olho, um amplificador configurado para receber o sinal do detector de luz e para reforçar o seu nível de energia para processamento adicional para gerar um sinal amplificado que corresponde à luz incidente no olho, e um processador configurado para receber o sinal amplificado, o processador fazendo amostragem a uma taxa pré-determinada, e guardando pelo menos temporariamente as amostras coletadas, determinando quando uma pálpebra está aberta ou fechada de modo a adivinhar o número, o período de tempo e a largura de pulso das piscadas das amostras coletadas, calculando uma quantidade de piscadas e a duração das piscadas em um dado período de tempo, comparando o número de piscadas, as durações das piscadas no dado período de tempo, e o tempo entre as piscadas no dado período de tempo a um conjunto armazenado de amostras para determinar os padrões de piscar de olhos, e determinando se as piscadas correspondem a uma ou mais sequências de piscar de olhos intencionais. A presente invenção refere-se a uma lente de contato alimentada que compreende um sistema eletrônico, que executa qualquer quantidade de funções, inclusive atuação de uma óptica de foco variável, se incluída. O sistema eletrônico inclui uma ou mais baterias ou outras fontes de energia, um circuito de gerenciamento de energia, um ou mais sensores, um circuito de geração de sinais de sincronismo, algoritmos e circuitos de controle, e um circuito acionador da lente. O controle de uma lente oftálmica alimentada pode ser feito a-través de um dispositivo externo operado manualmente que se comunica com a lente de modo sem fio, tal como uma unidade remota de mão. Alternativamente, o controle da lente oftálmica alimentada pode ser feito através de sinais de retroinformação ou controle diretamente a partir do usuário. Por exemplo, sensores embutidos na lente podem detectar piscadas e/ou padrões de piscadas. Com base no padrão ou na sequência de piscadas, a lente oftálmica alimentada pode mudar seu estado, por exemplo, seu poder refrativo, de modo a focalizar em um objeto próximo ou em um objeto distante. O algoritmo de detecção de piscar de olhos é um componente do controlador de sistema que detecta as características das piscadas, por exemplo, se a pálpebra está aberta ou fechada, a duração da piscada aberta ou fechada, a duração entre as piscadas, e o número de piscadas em um dado período de tempo. O algoritmo exemplificador de acordo com a presente invenção conta com amostragem da luz incidente sobre o olho a uma certa taxa de amostragem. Padrões de piscar de olhos predeterminados são armazenados e comparados ao histórico recente de amostras de luz incidente. Quando os padrões são compatíveis, o algoritmo de detecção de piscar de olhos desencadeia atividade no controlador de sistema, por exemplo, para ativar o acionador da lente a mudar o poder refrativo da lente. O algoritmo de detecção de piscar de olhos e o circuito associado da presente invenção funciona, de preferência, ao longo de uma gama razoavelmente ampla de condições de iluminação e é capaz, de preferência, de distinguir uma sequência de piscar de olhos intencional a partir de piscadas involuntárias. Também é preferencial que um treinamento mínimo seja necessário utilizando piscadas intencionais para ativar e/ou controlar a lente oftálmica alimentada. O algoritmo de detecção de piscar de olhos e o circuito associado da presente invenção fornece um meio seguro, de baixo custo, e confiável e um método para detectar piscadas através de uma lente de contato alimentada ou eletrônica, que tem, também, uma baixa taxa de consumo de energia e é escalonável para incorporação em uma lente oftálmica, para ao menos um de ativar ou controlar uma lente oftálmica alimentada ou eletrônica.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

As características e vantagens mencionadas anteriormente bem como outras da presente invenção serão aparentes a partir da descrição mais particular a seguir de modalidades preferenciais da invenção, conforme ilustrado nos desenhos anexados. A Figura 1 ilustra uma lente de contato exemplificadora compreendendo um sistema de detecção de piscar de olhos de acordo com algumas modalidades da presente invenção. A Figura 2 ilustra uma representação gráfica da luz incidente sobre a superfície do olho em função do tempo, ilustrando um possível padrão de piscada involuntária registrado em vários níveis de intensidade de luz em função do tempo e um nível de limite utilizável com base em algum ponto entre os níveis de intensidade de luz máximos e mínimos de acordo com a presente invenção. A Figura 3 é um diagrama de transição de estado exemplificador de um sistema de detecção de piscar de olhos de acordo com a presente invenção. A Figura 4 é uma representação diagramática de uma trajetória de fotodetecção utilizada para detectar e amostrar sinais luminosos recebidos de acordo com a presente invenção. A Figura 5 é um diagrama de blocos da lógica de condicionamento digital de acordo com a presente invenção. A Figura 6 é um diagrama de blocos da lógica de detecção digital de acordo com a presente invenção. A Figura 7 é um diagrama de temporização exemplificador de acordo com a presente invenção. A Figura 8 é uma representação diagramática de um controlador de sistema digital de acordo com a presente invenção. A Figura 9 é um diagrama de temporização exemplificador para controle de ganho automático de acordo com a presente invenção. A Figura 10 é uma representação diagramática das regiões de bloqueio de luz e de passagem de luz em uma matriz de circuito integrado exemplificadora de acordo com a presente invenção. A Figura 11 é uma representação diagramática de um elemento de inserção eletrônico exemplificador, que inclui um detector de piscar de olhos, para uma lente de contato alimentada de acordo com a presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES PREFERENCIAIS

As lentes de contato convencionais são estruturas poliméricas com formatos específicos para corrigir vários problemas de visão, conforme resumidamente apresentado acima. Para alcançar a funcionalidade aperfeiçoada, vários circuitos e componentes podem ser integrados nestas estruturas poliméricas. Por exemplo, circuitos de controle, microprocessadores, dispositivos de comunicação, alimentadores, sensores, atuadores, diodos emissores de fuz e antenas em miniatura podem ser integrados em lentes de contato através de componentes optoeletrônicos construídos sob medida, não apenas para corrigir a visão, mas para melhorar a visão assim como fornecer funcionalidade adicional, tal como é explicado na presente invenção. Lentes de contato eletrônicas e/ou alimentadas podem ser projetadas para proporcionar visão intensificada através de capacidades de ampliação e redução ou apenas simplesmente modificando as capacidades refrativas das lentes. As lentes de contato eletrônicas e/ou alimentadas podem ser projetadas para melhorar a cor e a resolução, para exibir informações de textura, para traduzir a fala em legendas em tempo real, oferecer indicações visuais a partir de um sistema de navegação, fornecer processamento de imagens e acesso à internet. As lentes podem ser projetadas para permitir ao usuário ver em condições de pouca luz. Os elementos eletrônicos e/ou arranjo de elementos eletrônicos apropriadamente projetados nas lentes podem permitir a projeção de uma imagem sobre a retina, por exemplo, sem uma lente óptica de foco variável, fornecer telas de imagens de inovações e até mesmo fornecer alarmes. Alternativamente, ou em adição a qualquer uma destas funções ou funções similares, as lentes de contato podem incorporar componentes para o monitoramento não invasivo dos biomarcadores do usuário e indicadores de saúde. Por exemplo, sensores construídos nas lentes podem permitir a um paciente diabético manter indicações sobre os níveis de açúcar sanguíneo pela análise de componentes do filme lacrimal sem a necessidade de retirar sangue. Além disso, uma lente configurada apropriadamente pode incorporar sensores para o monitoramento de colesterol, níveis de sódio e potássio assim como outros marcadores biológicos. Isto acoplado a um transmissor de dados sem fio podería permitir a um médico ter acesso quase imediato à química do sangue do paciente sem a necessidade de o paciente perder tempo para ir a um laboratório e tirar sangue. Além disso, sensores incorporados nas lentes podem ser usados para detectar luz incidente sobre o olho para compensar as condições de luz ambiente ou para uso na determinação dos padrões do piscar dos olhos. A lente de contato alimentada ou eletrônica da presente inven- ção compreende os elementos necessários para corrigir e/ou melhorar a visão de pacientes com um ou mais dos defeitos de visão descritos acima ou executar de outro modo uma função oftálmica útil. Além disso, a lente de contato eletrônica pode ser utilizadas simplesmente para melhorar a visão normal ou fornecer uma ampla variedade de funcionalidades, conforme descrito acima. A lente de contato eletrônica pode compreender uma lente óptica de foco variável, um elemento óptico frontal incluído em uma lente de contato ou simplesmente elementos eletrônicos de inserção sem uma lente para qualquer funcionalidade adequada. A lente eletrônica da presente invenção pode ser incorporada em qualquer quantidade de lentes de contato, conforme descrito acima. Além disso, as lentes intraoculares podem, também, incorporar os vários componentes e funcionalidades aqui descritos. Entretanto, para facilidade de explicação, a descrição irá se concentrar em uma lente de contato eletrônica para corrigir defeitos de visão, destinada para ser descartada diariamente após uso único. A presente invenção pode ser empregada em uma lente oftálmica alimentada ou lente de contato alimentada que compreende um sistema eletrônico, que ativa uma óptica de foco variável ou qualquer outro dispositivo ou dispositivos configurados para implementar qualquer quantidade de numerosas funções que podem ser feitas. O sistema eletrônico inclui uma ou mais baterias ou outras fontes de energia, um circuito de gerenciamento de energia, um ou mais sensores, um circuito de geração de sinais de sincro-nismo, algoritmos e circuitos de controle, e um circuito acionador da lente. A complexidade destes componentes pode variar dependendo da funcionalidade necessária ou desejada da lente. O controle de uma lente oftálmica eletrônica ou alimentada pode ser feito através de um dispositivo externo operado manualmente que se comunica com a lente, tal como uma unidade remota de mão. Por exemplo, uma base de operação frontal pode se comunicar de modo sem fio com a lente alimentada com base na entrada manual feita pelo usuário. Alternativamente, o controle da lente oftálmica alimentada pode ser feito através de sinais de retroinformação ou controle diretamente a partir do usuário. Por exemplo, sensores embutidos na lente podem detectar piscadas e/ou padrões de piscadas. Com base no padrão ou na sequência de piscadas, a lente oftálmica alimentada pode mudar seu estado, por exemplo, seu poder refrativo, de modo a focalizar em um objeto próximo ou em um objeto distante.

Alternativamente, a detecção de piscar de olhos em uma lente oftálmica alimentada ou eletrônica pode ser usada para outros vários usos nos quais há interação entre o usuário e a lente de contato eletrônica, tal como ativação de outro dispositivo eletrônico, ou envio de um comando para outro dispositivo eletrônico. Por exemplo, a detecção de piscar de olhos em uma lente oftálmica pode ser usada em conjunto com uma câmera em um computador, em que a câmera acompanha para onde o(s) oího(s) se mo-ve(m) na tela do computador, e quando o usuário executa uma sequência de piscar de olhos que ela detectou, ela faz com que o ponteiro do mouse execute um comando, como duplo clique em um item, destaque de um item, ou seleção de um item do menu. O algoritmo de detecção de piscar de olhos é um componente do controlador de sistema que detecta as características das piscadas, por exemplo, se a pálpebra está aberta ou fechada, a duração da piscada, a duração entre as piscadas, e o número de piscadas em um dado período de tempo. O algoritmo de acordo com a presente invenção conta com amostragem da luz incidente sobre o olho a uma certa taxa de amostragem. Padrões de piscar de olhos predeterminados são armazenados e comparados ao histórico recente de amostras de luz incidente. Quando os padrões são compatíveis, o algoritmo de detecção de piscar de olhos pode desencadear atividade no controlador de sistema, por exemplo, para ativar o acionador da lente a mudar o poder refrativo da lente. O piscar de olhos é o fechamento e abertura rápidos das pálpebras e é uma função essencial do olho. O piscar de olhos protege o olho de objetos estranhos, por exemplo, indivíduos piscam quando objetos aparecem inesperadamente na proximidade do olho. O piscar de olhos fornece lubrificação sobre a superfície anterior do olho por dispersão das lágrimas.

Piscar também serve para remover contaminantes e/ou agentes irritantes do olho. Normalmente, o ato de piscar é feito automaticamente, mas estímulos externos podem contribuir, tal como no caso com agentes irritantes. Entretanto, o piscar de olhos pode, também, ser proposital, por exemplo, indivíduos que são incapazes de se comunicar verbalmente ou com gestos podem piscar uma vez para sim e duas vezes para não. O algoritmo e o sistema de detecção de piscar de olhos da presente invenção usa padrões de piscar de olhos que não podem ser confundidos com a resposta de piscar normal. Em outras palavras, se o piscar de olhos for utilizado como um meio para controlar uma ação, então o padrão particular selecionado para uma dada ação não pode ocorrer aleatoriamente; de outro modo, ações inadvertidas podem ocorrer. Como a velocidade da piscada pode ser afetada por inúmeros fatores, inclusive fadiga, lesão dos olhos, medicamento e doenças, os padrões de piscar de olhos para fins de controle levam em conta, de preferência, estas e quaisquer outras variáveis que afetem o piscar de olhos. O comprimento médio das piscadas involuntárias está na faixa de cerca de cem (100) a quatrocentos (400) milissegundos. Homens e mulheres adultas médias piscam a uma taxa de dez (10) piscadas involuntárias por minuto, e o tempo médio entre as piscadas involuntárias é cerca de 0,3 a setenta (70) segundos.

Uma modalidade exemplificadora do algoritmo de detecção de piscar de olhos pode ser resumido nas seguintes etapas. 1. Definir uma "sequência de piscada" intencional que será executada pelo utilizador para detecção de piscar de olhos positiva. 2. Amostrar o nível de luz incidente a uma taxa consistente com a detecção da sequência de piscadas e rejeitando piscadas involuntárias. 3. Comparar o histórico dos níveis de luz amostrados à "sequência de piscadas" esperada, como definido por um molde de valores de piscadas. 4. Opcionalmente, implementar uma sequência de "máscara" de piscadas para indicar porções do molde a serem ignoradas durante as comparações, por exemplo, próximo de transições. Isto pode permitir a um usuá- rio se desviar de uma "sequência de piscadas" desejada, como uma janela de erro de mais ou menos um (1), em que pode ocorrer um ou mais den-trentre ativação da lente, controle, e alteração de foco. Adicionalmente, isto pode permitir variação na temporização da sequência de piscadas do usuário.

Uma sequência de piscadas exempíificadora pode ser definida da seguinte forma: 1. piscar (fechado) durante 0,5 s 2. aberto durante 0,5 s 3. piscar (fechado) durante 0,5 s A uma taxa de amostra de cem (100) ms, um molde de piscada de vinte (20) amostras é dado por moldepiscada (blink_template) = [1,1,1, 0,0,0,0,0, 1,1,1,1,1, 0,0,0,0,0, 1,1]. A máscara de piscadas é definida para eliminar por mascara-mento as amostras logo após uma transição (0 para eliminar por mascara-mento ou ignorar amostras), e é dada por máscarapiscada (blink mask) = [1,1,1, 0,1,1,1,1,0,1,1,1,1, 0,1,1,1,1, 0,1].

Opcionalmente, uma região de transição mais larga pode ser e-liminada por mascaramento para permitir maior incerteza na temporização, e é dada por máscara piscada (blink_mask) = [1,1,0, 0,1,1,1,0, 0,1,1,1,0, 0,1,1,1,0, 0,1].

Padrões alternativos podem ser implementados, por exemplo, piscada longa única, nesse caso uma piscada de 1,5 s com um molde de 24 amostras, dado por moldepiscada (blink_template) = [1,1,1,1,0,0, 0,0,0,0,0,0, 0,0,0,0,0,0, 0,1,1,1,1,1]. É importante observar que o exemplo acima é para fins ilustrativos e não representa um conjunto específico de dados. A detecção pode ser implementada por comparar de modo lógi- co o histórico das amostras contra o molde e a máscara. A operação lógica é OU exclusivo (XOR) do molde e da sequência do histórico da amostra, com base em lógica binária, e, então, verificação de que todos os bits do histórico não mascarados se combinam com o molde. Por exemplo, conforme ilustrado nas amostras da máscara de piscada acima, em cada lugar da sequência de uma máscara de piscadas em que o valor é lógico 1, uma piscada tem que combinar com o molde da máscara da piscada naquele lugar da sequência. Entretanto, em cada lugar da sequência de uma máscara de piscadas em que o valor é lógica 0, não é necessário que uma piscada combine com o molde da máscara de piscadas naquele lugar da sequência. Por e-xemplo, a seguinte equação Booleana de algoritmo, conforme codificado no MATLAB®, pode ser usada. combinado = não (máscara_piscada) | não (xor (molde_piscada, amostra_teste)), em que amostra_teste é o histórico da amostra. O valor combinado é uma sequência com o mesmo comprimento que o molde de piscada, o histórico de amostra e máscara_piscada. Se a sequência combinada for toda lógica 1, então uma boa combinação ocorreu. Decompondo isto, não (xor (molde piscada, amostra teste)) dá uma lógica 0 para cada combinação errada e uma lógica 1 para cada combinação. Aplicando OU lógico com as forças invertidas da máscara a cada local na sequência combinada para uma lógica 1, onde a máscara é uma lógica 0. Consequentemente, quanto mais lugares em um molde de máscara de piscada onde o valor for especificado como lógico 0, maior é a margem de erro permitida em relação às piscadas de uma pessoa. O MATLAB® é uma implementação e linguagem de nível alto para computação numérica, visualização e programação e é um produto da MathWorks, Natick, Massachusetts, EUA. Também é importante observar que quanto maior o número de lógicas 0 no molde da máscara de piscada, maior o potencial para falsos positivos combinados a padrões de piscar de olhos esperados ou pretendidos. Deve-se apreciar que vários padrões de piscar de olhos esperados ou pretendidos podem ser programados em um dispositivo com um ou mais ativos em um momento. Mais especifi- camente, múltiplos padrões de piscar de olhos esperados ou pretendidos podem ser usados para o mesmo propósito ou funcionalidade, ou para implementar funcionalidade diferente ou alternativa. Por exemplo, um padrão de piscada pode ser usado para fazer com que a lente aumente ou reduza a ampliação de um objeto pretendido enquanto outro padrão de piscada pode ser usado para fazer com que outro dispositivo, por exemplo, uma bomba, na lente aplique uma dose de um agente terapêutico. A Figura 1 ilustra, em forma de diagrama de blocos, uma lente de contato 100, que compreende um sistema detector de piscar de olhos eletrônico, de acordo com uma modalidade exemplificadora da presente invenção. Nesta modalidade exemplificadora, o sistema detector de piscar de olhos eletrônico pode compreender um fotossensor 102, um amplificador 104, um conversor analógico-digital ou ADC 106, um processador de sinal digital 108, uma fonte de energia 110, um atuador 112, e um controlador de sistema 114.

Quando a lente de contato 100 é colocada sobre a superfície frontal do olho de um usuário, o circuito eletrônico do sistema detector de piscar de olhos pode ser usado para implementar o algoritmo de detecção de piscar de olhos da presente invenção. O fotossensor 102, assim como os outros circuitos, é configurado para detectar piscadas e/ou vários padrões de piscar de olhos produzidos pelo olho do usuário.

Nesta modalidade exemplificadora, o fotossensor 102 pode ser incluído na lente de contato 100 e recebe luz ambiente 101, convertendo os fótons incidentes em elétrons e fazendo, assim, com que uma corrente, indicada pela seta 103, flua para dentro do amplificador 104. O fotossensor ou fotodetector 102 pode compreender qualquer dispositivo adequado. Em uma modalidade exemplificadora, o fotossensor 102 compreende um fotodiodo. Em uma modalidade exemplificadora preferencial, o fotodiodo é implementado em um semicondutor metal-óxido complementar (tecnologia de processo CMOS) para aumentar a capacidade de integração e reduzir o tamanho geral do fotossensor 102 e dos outros circuitos. A corrente 103 é proporcional ao nível de luz incidente e reduz substancialmente quando o fotodetector 102 está coberto por uma pálpebra. O amplificador 104 cria uma saída proporcional à entrada, com ganho, e pode funcionar como um amplificador de transimpedância que converte a corrente de entrada em tensão de saída. O amplificador 104 pode amplificar um sinal para um nível utilizável para o restante do sistema, tal como dando ao sinal tensão e energia suficientes para ser adquirido pelo ADC 106. Por exemplo, o amplificador pode ser necessário para direcionar blocos subsequentes uma vez que a saída do fotossensor 102 pode ser muito pequena e pode ser usada em ambientes com pouca luz. O amplificador 104 pode ser implementado como um amplificador de ganho variável, cujo ganho pode ser ajustado pelo controlador de sistema 114, em uma disposição de retroalimentação, para aumentar a faixa dinâmica do sistema. Além de fornecer ganho, o amplificador 104 pode incluir outros circuitos de condicionamento de sinal analógico, como filtração e outros circuitos adequados para as saídas do fotossensor 102 e do amplificador 104. O amplificador 104 pode compreender qualquer dispositivo adequado para amplificar e condicionar a saída do sinal pelo fotossensor 102. Por e-xemplo, o amplificador 104 pode compreender simplesmente um único amplificador operacional ou um circuito mais complicado que compreende um ou mais amplificadores operacionais. Conforme apresentado acima, o fotossensor 102 e o amplificador 104 são configurados para detectar e isolar sequências de piscada com base na intensidade de luz incidente recebida a-través do olho e converter a corrente de entrada em um sinal digital que pode ser por fim usado pelo controlador de sistema 114. O controlador de sistema 114 é, de preferência, pré-programado ou pré-configurado para reconhecer várias sequências de piscada e/ou padrões de piscar de olhos em várias condições de níveis de intensidade de luz e fornecer um sinal de saída adequado para o atuador 112. O controlador de sistema 114 compreende também memória associada.

Nesta modalidade exemplificadora, o ADC 106 pode ser usado para converter uma saída de sinal analógico contínuo do amplificador 104 em um sinal digital amostrado adequado para processamento de sinal adicional. Por exemplo, o ADC 106 pode converter uma saída de sinal analógi- co do amplificador 104 em um sinal digital que pode ser usado por circuitos subsequentes ou a jusante, como um sistema ou microprocessador de processamento de sinal digitai 108. Um sistema de processamento de sinal digital ou processador de sinal digital 108 pode ser usado para processar sinal digital, incluindo um ou mais dentre filtrar, processar, detectar, e manipu-lar/processar de outro modo os dados amostrados para permitir a detecção de luz incidente para uso posterior. O processador de sinal digital 108 pode ser pré-programado com as sequências de piscada e/ou padrões de piscar de olhos descritos acima. O processador de sinal digital 108 compreende também memória associada. O processador de sinal digital 108 pode ser implementado utilizando um circuito analógico, um circuito digital, software, ou uma combinação dos mesmos. Na modalidade exemplificadora ilustrada, ele é implementado em um circuito digital. O ADC 106 junto com o amplificador associado 104 e o processador de sinal digital 108 são ativados a uma taxa adequada de acordo com a taxa de amostragem descrita anteriormente, por exemplo, a cada cem (100) ms.

Uma fonte de energia 110 fornece energia para vários componentes que compreendem o sistema de detecção de piscar de olhos. A e-nergia pode ser fornecida a partir de uma batería, de um coletor de energia, ou outros meios adequados tal como é conhecido do versado na técnica. Essencialmente, qualquer tipo de fonte de energia 110 pode ser usado para fornecer energia confiável para todos os outros componentes do sistema. Uma sequência de piscadas pode ser usada para mudar o estado do sistema e/ou do controlador de sistema. Além disso, o controlador de sistema 114 pode controlar outros aspectos de uma lente de contato alimentada dependendo da entrada do processador de sinal digital 108, por exemplo, alteração do foco ou poder refrativo de uma lente controlada eletronicamente através do atuador 112. O controlador de sistema 114 usa o sinal da cadeia de fotossen-sor; especialmente, o fotossensor 102, o amplificador 104, o ADC 106 e o sistema de processamento de sinal digital 108, para comparar níveis de luz amostrados a padrões de ativação de piscada. Com referência à Figura 2, uma representação gráfica de amostras de padrões de piscar de olhos registrados em vários níveis de intensidade de luz em função do tempo e um nível de limite utilizável é ilustrada. Consequentemente, levar vários fatores em conta pode aliviar e/ou evitar erro na detecção de piscadas ao se amostrar a luz incidente sobre o olho, tal como levar em conta alterações nos níveis de intensidade de luz em diferentes lugares e/ou ao executar várias atividades. Adicionalmente, amostrar a luz incidente sobre o olho levando em conta os efeitos que as alterações na intensidade da luz ambiente podem ter sobre o olho e a pálpebra pode, também, aliviar e/ou evitar erro na detecção das piscadas, tal como quanta luz visível é bloqueada por uma pálpebra quando a mesma é fechada em níveis de baixa intensidade de luz e em níveis de alta intensidade de luz. Em outras palavras, de modo a evitar que padrões de piscar de olhos errados sejam usados para o controle, o nível de luz ambiente é, de preferência, levado em consideração, tal como é explicado em mais detalhes abaixo.

Por exemplo, em um estudo, descobriu-se que a pálpebra bloqueia em média aproximadamente noventa e nove (99) por cento da luz visível, mas em comprimentos de onda inferiores menos luz tende a ser transmitida através da pálpebra, bloqueando aproximadamente 99,6 por cento da luz visível. Em comprimentos de onda mais longos, em direção à porção do infravermelho do espectro, a pálpebra pode bloquear apenas trinta (30) por cento da luz incidente. O que é importante observar; entretanto, é que a luz em diferentes frequências, comprimentos de onda e intensidades pode ser transmitida através das pálpebras com diferentes eficiências. Por exemplo, quando se olha para uma fonte de luz brilhante, um indivíduo pode ver luz vermelha com as pálpebras fechadas. Pode, também, haver variações na quantidade luz visível bloqueada por uma pálpebra com base no indivíduo, tal como a pigmentação da pele do indivíduo. Tal como é ilustrado na Figura 2, amostras de dados de padrões de piscar de olhos em vários níveis de i-luminação são simuladas ao longo do decorrer de um intervalo de tempo de setenta (70) segundos, em que os níveis de intensidade de luz visível transmitidos através do olho são registrados durante o decorrer da simulação, e um valor-limite utilizável é ilustrado. O limite é ajustado para um valor entre o valor de pico a pico da intensidade de luz visível registrada para os padrões de piscar de olhos da amostra ao longo do curso da simulação em diferentes níveis de intensidade de luz. Ter a capacidade de pré-programar os padrões de piscar de olhos enquanto se rastreia um nível de luz médio ao longo do tempo e ajustar um limite pode ser crítico para ser capaz de detectar quando um indivíduo está piscando, ao contrário de quando um indivíduo não está piscando e/ou há apenas uma alteração no nível de intensidade de luz em uma certa área.

Com relação agora novamente à Figura 1, em modalidades e-xemplificadoras alternativas adicionais, o controlador de sistema 114 pode receber entrada a partir de fontes que incluem um ou mais dentre um detector de piscar de olhos, sensores de músculos dos olhos, e um controle de base de operação frontal. Por meio de generalização, pode ser óbvio para um versado na técnica que o método de ativação e/ou controle do controlador de sistema 114 pode exigir o uso de um ou mais métodos de ativação. Por exemplo, uma lente de contato eletrônica ou alimentada pode ser pro-gramável especificamente para um utilizador individual, tal como programando uma lente para reconhecer os padrões de piscar de olhos de um indivíduo e os sinais do músculo ciliar do indivíduo quando se faz várias a-ções, por exemplo, focalização em um objeto distante, ou focalização em um objeto que está próximo. Em algumas modalidades exemplificadoras, o uso de mais de um método para ativar uma lente de contato eletrônica, como detecção de piscar de olhos e detecção de sinal do músculo ciliar, pode dar a capacidade para cada método ser testado de forma cruzada com outro antes de ocorrer ativação da lente de contato. Uma vantagem de fazer o teste cruzado pode incluir mitigação de falsos positivos, tal como reduzindo a chance de desencadear acidentalmente a ativação de uma lente. Em uma modalidade exemplificadora, o teste cruzado pode envolver um esquema de votação, em que um certo número de condições são satisfeitas antes de o-correr qualquer ação. O atuador 112 pode compreender qualquer dispositivo adequado para implementar uma ação específica com base em um sinal de comando recebido. Por exemplo, se um padrão de ativação de piscada é combinado em comparação a um nível de luz amostrado, conforme descrito acima, o controlador de sistema 114 pode ativar o atuador 112, como uma lente eletrônica ou alimentada de óptica variável. O atuador 112 pode compreender um dispositivo elétrico, um dispositivo mecânico, um dispositivo magnético, ou qualquer combinação dos mesmos. O atuador 112 recebe um sinal do controlador de sistema 114 em adição à energia da fonte de energia 110 e produz alguma ação com base no sinal do controlador de sistema 114. Por exemplo, se o sinal do controlador de sistema 114 for indicativo do usuário tentando focalizar um objeto próximo, o atuador 112 pode ser usado para mudar o poder refrativo da lente oftálmica eletrônica, por exemplo, através de uma zona óptica com múltiplos líquidos dinâmica. Em uma modalidade exemplificadora alternativa, o controlador de sistema 114 pode enviar um sinal indicando que um agente terapêutico deve ser liberado ao(s) olho(s). Nesta modalidade exemplificadora, o atuador 112 pode compreender uma bomba e um reservatório, por exemplo, uma bomba de um sistema microele-tromecânico (MEMS). Conforme apresentado acima, a lente alimentada da presente invenção pode fornecer várias funcionalidades; consequentemente, um ou mais atuadores podem ser configurados de forma variada para implementar a funcionalidade. A Figura 3 ilustra um diagrama de transição de estado 300 para um sistema de detecção de piscar de olhos exemplificador de acordo com o algoritmo de detecção de piscar de olhos da presente invenção. O sistema começa em um estado OCIOSO 302 esperando por um sinal de ativação bl go ser expresso. Quando o sinal de ativação blgo é expresso, por e-xemplo, por um oscilador e um circuito de controle que pulsa bl go a uma taxa de cem (100) ms proporcionalmente à taxa de amostragem de piscadas, o equipamento de estado então muda para um estado AGUARDE_ADC 304 no qual um ADC é ativado para converter um nível de luz recebido em um valor digital. O ADC avalia o sinal adc done para indicar que suas operações estão completas e o sistema ou equipamento de estado muda para um estado de DESLOCAMENTO 306. No estado de DESLOCAMENTO 306 o sistema empurra o valor de saída de ADC mais recentemente recebido sobre um registro de deslocamento para manter o histórico das amostras de piscar de olhos. Em algumas modalidades exemplificadoras, o valor de saída do ADC é primeiro comparado a um valor-limite para fornecer um único bit (1 ou 0) para o valor da amostra, de modo a reduzir as necessidades de armazenamento. O sistema ou equipamento de estado então muda para um estado COMPARAR 308 no qual os valores no registro de deslocamento do histórico da amostra são comparados com um ou mais moldes e máscaras da sequência de piscadas, conforme descrito acima. Se uma combinação for detectada, um ou mais sinais de saída podem ser expressos, tal como um para alternar o estado do acionador da lente, bl_cp_toggle, ou qualquer outra funcionalidade a ser executada pela lente oftálmica alimentada. O sistema ou equipamento de estado então muda para o estado FINALIZADO 310 e expressa um sinal bl done para indicar que suas operações estão completas. A Figura 4 ilustra uma trajetória de sinal exemplificadora do fo-tossensor ou fotodetector pd__rx_top que pode ser usada para detectar e amostrar os níveis de luz recebidos. A trajetória de sinal pd_rx_top pode compreender um fotodiodo 402, um amplificador de transimpedância 404, um estágio de ganho automático e filtração de passa baixa 406 (AGC/LPF), e um ADC 408. O sinal adc vref é inserido no ADC 408 a partir da fonte de energia 110 (vide Figura 1) ou, alternativamente, ele pode ser fornecido a partir de um circuito dedicado dentro do conversor analógico-digital 408. A saída do ADC 408, adc data, é transmitida para o bloco do processador de sinal digital e controlador de sistema 108/114 (vide Figura 1). Embora ilustrado na Figura 1 como os blocos individuais 108 e 114, para facilidade de explicação, o processador de sinal digital e o controlador de sistema são implementados, de preferência, em um único bloco 410. O sinal de ativação, adc en, o sinal de início, adc_start, e o sinal de reinicialização, adc rst n são recebidos a partir do processador de sinal digital e controlador de sistema 410 enquanto o sinal completo, adc_complete, é transmitido a ele. O si- nal de sincronismo, adcclk, pode ser recebido a partir de uma fonte de relógio externa à trajetória de sinal, pd_rx_top, ou a partir do processador de sinal digital e controlador de sistema 410. É importante observar que o sinal adc_clk e o relógio do sistema podem estar rodando em frequências diferentes. Também é importante observar que qualquer quantidade de diferentes ADCs pode ser usada de acordo com a presente invenção, as quais podem ter diferentes interfaces e sinais de controle, mas que executam uma função similar de fornecer uma representação digital amostrada da saída da porção analógica da trajetória de sinal do fotossensor. A ativação de fotodetecção, pd en, e o ganho de fotodetecção, pd gaín, são recebidos a partir do processador de sinal digital e controlador de sistema 410. A Figura 5 ilustra um diagrama de blocos da lógica de condicionamento digital 500 que pode ser usada para reduzir o valor do sinal de ADC recebido, adcdata, para um único valor de bit pd_data. A lógica de condicionamento digital 500 pode compreender um registro digital 502 para receber os dados, adc data, da trajetória de sinal de fotodetecção pd_rx_top para fornecer um valor conservado no sinal adcdataheld. O registro digital 502 é configurado para aceitar um novo valor no sinal adc_data quando o sinal adccomplete é expresso e para manter de outro modo o último valor aceito quando o sinal adc_complete é recebido. Desta forma, o sistema pode desativar a trajetória do sinal de fotodetecção quando os dados são finalizados para reduzir o consumo de corrente do sistema. O valor do dado conservado pode, então, ser medido, por exemplo, por uma média de integração e reposição a zero (integrate-and-dump) ou outros métodos de medição implementados em lógica digital, no circuito de geração do limite 504 para produzir um ou mais limites no sinal pd_th. O valor de dado conservado pode, então, ser comparado, através do comparador 506, a um ou mais limites para produzir um valor de dado de um bit no sinal pd_data. Será entendido que a operação de comparação pode empregar histerese ou comparação a um ou mais limites para minimizar ruído no sinal de saída pd data. A lógica de condicionamento digital pode compreender adicionalmente um bloco de a-juste de ganho pd gain adj 508 para estabelecer o ganho do ganho automá- tico e o estágio de filtração de passa baixa 406 na trajetória do sinal de foto-detecção através do sinal pdgain, ilustrado na Figura 4, de acordo com os valores de limite calculados e/ou de acordo com o valor de dado conservado. É importante observar que nesta modalidade exemplifícadora palavras de seis bits fornecem resolução suficiente ao longo da faixa dinâmica para detecção de piscar de olhos, mas reduz a complexidade.

Em uma modalidade exemplifícadora, o circuito de geração de limite 504 compreende um detector de pico, um detector de vale e um circuito de cálculo de limite. Nesta modalidade exemplifícadora, os valores de limite e controle de ganho podem ser gerados da seguinte forma. O detector de pico e o detector de vale são configurados para receber o valor conservado no sinal adc_data_held. O detector de pico é configurado adicionalmente para fornecer um valor de saída, pd_pk, que rastreia rapidamente aumentos no valor de adc_data_held e cai lentamente se o valor de adc_data_held cair. A operação é análoga àquela de um detector de envelope de diodo clássico, tal como é bem conhecido nas técnicas elétricas. O detector de vale é configurado adicionalmente para fornecer um valor de saída, pd_vl, que rastreia rapidamente reduções no valor de adc data held e cai lentamente para um valor maior se o valor de adc_data_held aumentar. A operação do detector de vale também é análoga a um detector de envelope de diodo, com o resistor de descarga preso a uma tensão de fonte de alimentação positiva. O circuito de cálculo de limite é configurado para receber os valores pd pl e pd_vl e é configurado adicionalmente para calcular um valor-limite de ponto médio pd_th_mid com base em uma média dos valores de pdpk e pdvl. O circuito de geração de limite 504 fornece o valor-limite pd th com base no valor-limite de ponto médio pdthmid. O circuito de geração de limite 504 pode ser ainda adaptado para atualizar os valores dos níveis de pd_pk e pd vl em resposta a alterações no valor de pd_gain. Se o valor de pd gain aumentar por uma etapa, então os valores de pd_pk e pd_vl são aumentados por um fator igual ao aumento de ganho esperado na trajetória do sinal de fotodetecção. Se o valor de pd gain diminuir por uma etapa, então os valores de pd_pk e pd_val são reduzidos por um fator igual à redução de ganho esperada na trajetória do sinal de fotodetecção. Desta forma, os estados do detector de pico e detectores de vale, conforme conservado nos valores de pdpk e pdvl, respectivamente, e o valor-limite pd th, conforme calculado a partir dos valores de pd_pk e pd vl, são atualizados para combinar as alterações no ganho da trajetória de sinal evitando, assim, descontinuidades ou outras alterações no estado ou valor resultante apenas da alteração intencional no ganho da trajetória do sinal de fotodetecção.

Em uma modalidade exemplificadora adicional do circuito de geração de limite 504, o circuito de cálculo de limite pode ser ainda configurado para calcular um valor-limite pdthpk com base em uma proporção ou porcentagem do valor de pdpk. Em uma modalidade exemplificadora preferencial, o pd_th_pk pode ser vantajosamente configurado para ser sete oitavos do valor de pd_pk, um cálculo que pode ser implementado com um simples deslocamento para a direita por três bits e uma subtração, tal como é bem conhecido na técnica relevante. O circuito de cálculo de limite pode selecionar o valor-limite pd_th para ser o menor dentre pdthmid e pd_th_pk. Desta forma, o valor de pd th nunca será igual ao valor de pd pk, mesmo após longos períodos de luz incidente constante sobre o fotodiodo, o que pode resultar nos valores de pd pk e pd_vl sendo iguais. Será entendido que o valor de pd_th_pk garante detecção de um piscar de olhos após longos intervalos. O comportamento do circuito de geração de limite é ilustrado adicionalmente na Figura 9, como discutido subsequentemente. A Figura 6 ilustra um diagrama de blocos da lógica de detecção digital 600 que pode ser usada para implementar um algoritmo de detecção de piscar de olhos digital exemplificador de acordo com uma modalidade da presente invenção. A lógica de detecção digital 600 pode compreender um registro de deslocamento 602 adaptado para receber os dados da trajetória do sinal de fotodetecção pdrxtop, Figura 4, ou da lógica de condicionamento digital, Figura 5, conforme ilustrado aqui no sinal pd data, que tem um valor de um bit. O registro de deslocamento 602 mantém um histórico dos valores de amostra recebidos, aqui em um registro de 24 bits. A lógica de detecção digital 600 compreende, adicionalmente, um bloco de comparação 604, adaptado para receber o histórico da amostra e um ou mais moldes de piscar de olhos bl_tpl e máscaras de piscar de olhos bl mask, e é confi- gurada para indicar uma combinação a um ou mais moldes e máscaras em um ou mais sinais de saída que podem ser conservados para uso posterior. A saída do bloco de comparação 604 é travada através de um flip-flop D 606. A lógica de detecção digital 600 pode compreender adicionalmente um contador 608 ou outra lógica para suprimir comparações sucessivas que podem estar no mesmo histórico de amostra estabelecido em pequenos deslocamentos devido a operações de mascaramento. Em uma modalidade e-xemplificadora preferencial, o histórico da amostra é removido ou reiniciali-zado após uma combinação positiva ser encontrada, exigindo assim que uma nova combinação completa de sequência de piscadas seja amostrada antes de ser capaz de identificar uma combinação subsequente. A lógica de detecção digital 600 pode ainda compreender um equipamento de estado ou circuito de controle similar para fornecer os sinais de controle à trajetória do sinal de fotodetecção e ao ADC. Em algumas modalidades exemplificadoras, os sinais de controle podem ser gerados por um equipamento de estado de controle que é separado da lógica de detecção digital 600. Este equipamento de estado de controle pode fazer parte do processador de sinal digital e controlador de sistema 410. A Figura 7 ilustra um diagrama de temporização dos sinais de controle fornecidos a partir de um subsistema de detecção de piscar de o-Ihos a um ADC 408 (Figura 4) usado em uma trajetória do sinal de fotodetecção. Os sinais de ativação e sincronismo adcen, adc rst n e adc clk são ativados no início de uma sequência de amostragem e continuam até o processo de conversão analógico-digital estar completo. Em uma modalidade exemplificadora, o processo de conversão de ADC tem início quando um pulso é fornecido no sinal adc_start. O valor de saída do ADC é conservado em um sinal adc_data e o término do processo é indicado pela lógica do conversor analógico-digital em um sinal adc_complete. Também é ilustrado na Figura 7 o sinal pd gain que é utilizado para estabelecer o ganho dos amplificadores antes do ADC. Este sinal é mostrado como sendo estabelecido antes do tempo de aquecimento para permitir que o desvio do circuito analógico e os níveis de sinal se estabilizem antes da conversão. A Figura 8 ilustra um controlador de sistema digital 800 compreendendo um subsistema de detecção digital de piscar de olhos dig___blink 802. O subsistema de detecção digital de piscar de olhos dig_blink 802 pode ser controlado por um equipamento de estado mestre dig_master 804 e pode ser adaptado para receber sinais de relógio de um gerador de relógio clk-gen 806 externo ao controlador de sistema digital 800. O subsistema de detecção digital de piscar de olhos dig_blink 802 pode ser adaptado para for- necer sinais de controle e receber sinais de um subsistema de fotodetecção, conforme descrito acima. O subsistema de detecção digital de piscar de o- Ihos dig_blink 802 pode compreender lógica de condicionamento digital e lógica de detecção digital, conforme descrito acima, em adição a uma equipamento de estado para controlar a sequência de operações em um algoritmo de detecção de piscar de olhos. O subsistema de detecção digital de piscar de olhos dig blink 802 pode ser adaptado para receber um sinal de ativação do equipamento de estado mestre 804 e para fornecer uma indicação de término ou finalização e uma indicação de detecção de piscar de olhos de volta para o equipamento de estado mestre 804. A Figura 9 fornece formas de onda, Figuras 9A a 9G, para ilustrar a operação do circuito de geração de limite e do controle de ganho automático (Figura 5). A Figura 9A ilustra um exemplo de fotocorrente versus tempo, conforme podería ser fornecido por um fotodiodo em resposta a diferentes níveis de luz. Na primeira porção do gráfico, o nível de luz e a fotocorrente resultante são reiativamente baixos em comparação a na segunda porção do gráfico. Tanto na primeira como na segunda porções do gráfico, uma piscada dupla é vista reduzindo a luz e a fotocorrente. Observe que a atenuação da luz pela pálpebra pode não ser cem (100) por cento, mas um valor mais baixo dependendo das propriedades de transmissão da pálpebra para os comprimentos de onda de luz incidente sobre o olho. A Figura 9B ilustra o valor de adc_data_held que é capturado em resposta à forma de onda de fotocorrente da Figura 9A. Por uma questão de simplicidade, o valor de adcdataheld é ilustrado como um sinal analógico contínuo e não uma série de amostras digitais distintas. Será entendido que os valores da amostra digital corresponderão ao nível ilustrado na Figura 9B nos tempos de a-mostragem correspondentes. As linhas tracejadas na face superior e na face inferior do gráfico indicam os valores máximo e mínimo dos sinais adc_data e adcdataheld. A faixa de valores entre o mínimo e o máximo também é conhecida como a faixa dinâmica do sinal adc data. Conforme discutido a-baixo, o ganho da trajetória de sinal de fotodetecção é diferente (inferior) na segunda porção do gráfico. Em geral, o valor de adc data held é diretamente proporcional à fotocorrente, e as alterações de ganho afetam apenas a razão ou a constante de proporcionalidade. A Figura 9C ilustra os valores de pd_pk, pd_vl e pdthmid calculados em resposta ao valor de adc data held pelo circuito de geração de limite. A Figura 9D ilustra os valores de pd_pk, pdvl e pdthpk calculados em resposta ao valor de ade data held em algumas modalidades exemplificadoras do circuito de geração de limite. Observe que o valor de pd_th_pk é sempre alguma proporção do valor de pd pk. A Figura 9E ilustra o valor de adc data held com os valores de pd th mid e pd_th_pk. Observe que durante longos períodos de tempo onde o valor de adc_data_held é relativamente constante, o valor de pd_th_mid fica igual ao valor de adc data held, uma vez que o valor de pd vl cai para o mesmo nível. O valor de pd th pk sempre permanece algo abaixo do valor de adc_data_held. Também é ilustrada na Figura 9E, a seleção de pdth, onde o valor de pd_th é selecionado para ser o menor dentre pd th pk e pd_th_mid. Desta forma, o limite é sempre estabelecido a alguma distância do valor de pd pk, evitando falsas transições no pd data devido ao ruído na fotocorrente e nos sinais adc data held. A Figura 9F ilustra o valor de pd_data gerado por comparação entre o valor de adc data held e o valor pd_th. Observe que o sinal pd data é um sinal de dois valores que é baixo quando um piscar de olhos está ocorrendo. A Figura 9G ilustra um valor de tia gain em função do tempo para estes exemplos de formas de onda. O valor de tia gain é estabelecido mais baixo quando o pd th começa a ul- trapassar um limite alto mostrado como agc pk th na Figura 9E. Será entendido que um comportamento similar ocorre para aumentar o tiagain quando pdth começa a cair abaixo de um limite baixo. Olhando novamente para a segunda porção de cada uma das Figuras 9A a 9E, o efeito do ti-a gain menor é evidente. Em particular, observe que o valor de adc data held é mantido próximo do meio da faixa dinâmica dos sinais adc data e adc_data_held. Adicionalmente, é importante observar que os valores de pdpk e pd_vl são atualizados de acordo com a alteração de ganho, conforme descrito acima, de modo que descontinuidades sejam evitadas nos estados e valores do detector de pico e vale devido somente a alterações no ganho da trajetória do sinal de fotodetecção. A Figura 10 ilustra elementos de bloqueio de luz e passagem de luz exemplificadores em uma matriz de circuito integrado 1000. A matriz de circuito integrado 1000 compreende uma região de passagem de luz 1002, uma região de bloqueio de luz 1004, blocos de ligação 1006, aberturas de passivação 1008, e aberturas da camada de bloqueio de luz 1010. A região de passagem de luz 1002 está situada acima dos fotossensores (não ilustrados), por exemplo, um arranjo de fotodiodos implementado no processo do semicondutor. Em uma modalidade exemplificadora preferencial, a região de passagem de luz 1002 permite que o máximo possível de luz alcance os fotossensores aumentando assim a sensibilidade. Isto pode ser feito através da remoção de polissilício, metal, oxido, nitreto, poli-imida, e outras camadas acima dos fotoreceptores, como permitido no processo do semicondutor utilizado para fabricação ou no processamento da coluna. A área de passagem de luz 1002 pode, também, receber outro processamento especial para otimizar a detecção da luz, por exemplo, um revestimento antirreflexivo, filtro e/ou difusor. A região de bloqueio de luz 1004 pode abranger outro circuito na matriz que não requer exposição à luz. O desempenho do outro circuito pode ser degradado por fotocorrentes, por exemplo, tensões de polarização de deslocamento e frequências osciladoras nos circuitos de corrente ultra-baixa necessárias para incorporação em lentes de contato, como mencionado anteriormente. A região de bloqueio de luz 1004 é formada, de preferên- cia, com um material reflexivo delgado e opaco, por exemplo, alumínio ou cobre, já usado no processamento e pós-processamento de wafer semicondutor. Se implementado com metal, o material que forma a região de bloqueio de luz 1004 deve ser isolado dos circuitos abaixo e dos blocos de ligação 1006 para evitar condições de curto-circuito. Tal isolamento pode ser fornecido pela passivação já presente na matriz como parte da passivação de wafer normal, por exemplo, óxido, nitreto, e/ou poli-imida, ou com outro dielétrico adicionado durante o pós-processamento. O mascaramento permite aberturas na camada de bloqueio de luz 1010 para que o metal condutivo de bloqueio de luz não se sobreponha aos blocos de ligação na matriz. A região de bloqueio de luz 1004 é coberta com dielétrico ou passivação adicional para proteger a matriz e evitar curtos-circuitos durante da fixação da matriz. Esta passivação final tem aberturas de passivação 1008 para permitir a conexão aos blocos de ligação 1006. A Figura 11 ilustra uma lente de contato exemplificadora com um elemento de inserção eletrônico compreendendo um sistema de detecção de piscar de olhos de acordo com as presentes modalidades (invenção). A lente de contato 1100 compreende uma porção de plástico macio 1102 que compreende um elemento de inserção eletrônico 1104. Este elemento de inserção 1104 inclui uma lente 1106 que é ativada por elementos eletrônicos, por exemplo, focalizando perto ou longe dependendo da ativação. O circuito integrado 1108 se apoia sobre o elemento de inserção 1104 e se conecta às baterias 1110, à lente 1106, e a outros componentes, conforme for necessário para o sistema. O circuito integrado 1108 inclui um fotossensor 1112 e circuitos de trajetória de sinal do fotodetector associados. O fotossensor 1112 está voltado para fora através do elemento de inserção da lente e para longe do olho, e é então capaz de receber a luz ambiente. O fotossensor 1112 pode ser implementado no circuito integrado 1108 (conforme mostrado), por exemplo, como um único fotodiodo ou arranjo de fotodiodos. O fotossensor 1112 pode, também, ser implementado como um dispositivo separado montado sobre o elemento de inserção 1104 e conectado com conexões elétricas 1114. Quando a pálpebra se fecha, o elemento de inserção da lente 1104, inclusive o fotodetector 1112 é coberto, reduzindo assim o nível de luz incidente sobre o fotodetector 1112. O fotodetector 1112 é capaz de medir a luz ambiente para determinar se o usuário está piscando ou não.

Modalidades adicionais do algoritmo de detecção de piscar de olhos podem permitir maior variação na duração e no espaçamento da sequência de piscadas, por exemplo, por temporizar o início de uma segunda piscada com base no tempo de terminação medido de uma primeira piscada ao invés de usar um molde fixo molde ou por expandir a máscara para intervalos "não importa" (valores 0).

Será entendido que o algoritmo de detecção de piscar de olhos pode ser implementado em lógica digital ou em software rodando em um microcontrolador. A lógica ou o microcontrolador do algoritmo pode ser implementado em um único circuito integrado para aplicação específica, ASIC, com circuito da trajetória do sinal de fotodetecção e um controlador de sistema, ou ele pode ser repartido entre mais de um circuito integrado. É importante observar que o sistema de detecção de piscar de olhos da presente invenção tem usos mais amplos do que para o diagnóstico da visão, correção da visão e intensificação da visão. Estes usos mais amplos incluem a utilização de detecção de piscar de olhos para controlar uma ampla variedade de funcionalidades para indivíduos com incapacidades físicas. A detecção de piscar de olhos pode ser estabelecida sobre o olho ou fora do olho.

Apesar de acreditar-se que o que foi mostrado e descrito são as modalidades mais práticas e preferenciais, é óbvio que divergências de de-signs e métodos específicos descritos e mostrados serão sugeridas por a-queles versados na técnica e podem ser usadas sem que se desvie do caráter e âmbito da invenção. A presente invenção não é restrita a construções particulares descritas e ilustradas, mas deve ser construída de modo coeso com todas as modificações que possam estar no escopo das reivindicações.

Claims (6)

1. Método para detectar piscadas e padrões de piscar de olhos, o método compreendendo: amostrar, a uma taxa pré-determinada, a luz incidente em um olho de um indivíduo e guardar pelo menos temporariamente as amostras coletadas; determinar quando uma pálpebra está aberta ou fechada de modo a adivinhar o número, o período de tempo e a largura de pulso das piscadas das amostras coletadas; calcular a quantidade de piscadas e a duração das piscadas em um dado período de tempo; comparar o número de piscadas, as durações das piscadas no dado período de tempo, e o tempo entre as piscadas no dado período de tempo a um conjunto armazenado de amostras representativo de uma ou mais sequências de piscadas intencionais pré-determinadas, para determinar os padrões no piscar de olhos; e determinar se as piscadas correspondem a uma ou mais das sequências de piscar de olhos intencionais pré-determinadas.

2. Método para detectar piscadas e padrões de piscar de olhos, de acordo com a reivindicação 1, que compreende, adicionalmente, a etapa de controlar um dispositivo com base na uma ou mais sequências de piscadas intencionais.

3. Método para detectar piscadas e padrões de piscar de olhos, de acordo com a reivindicação 2, em que a etapa de controlar um dispositivo compreende ativar e controlar uma lente oftálmica eletrônica.

4. Sistema para detectar piscadas e padrões de piscar de olhos, o sistema compreendendo: um detector de luz configurado para enviar um sinal que corresponde à intensidade da luz incidente sobre o olho; um amplificador configurado para receber o sinal do detector de luz e para reforçar o seu nível de energia para processamento adicional para gerar um sinal amplificado que corresponde à luz incidente no olho; e um processador configurado para receber o sinal amplificado, o processador fazendo amostragem a uma taxa pré-determinada, e guardando pelo menos temporariamente as amostras coletadas, determinando quando uma pálpebra está aberta ou fechada de modo a adivinhar o número, o período de tempo e a largura de pulso das piscadas das amostras coletadas, calculando uma quantidade de piscadas e a duração das piscadas em um dado período de tempo, comparando o número de piscadas, as durações das piscadas no dado período de tempo, e o tempo entre as piscadas no dado período de tempo a um conjunto armazenado de amostras para determinar os padrões no piscar de olhos e determinando se as piscadas correspondem a uma ou mais sequências de piscadas intencionais.

5. Sistema para detectar piscadas e padrões de piscar de olhos, de acordo com a reivindicação 4, que compreende, ainda, um controlador e um atuador, o controlador e o atuador sendo configurados para receber a uma ou mais sequências de piscadas intencionais e gerar uma saída correspondente.

6. Sistema para detectar piscadas e padrões de piscar de olhos, de acordo com a reivindicação 5, em que os componentes do sistema são configurados para implementação em uma lente oftálmica eletrônica.