CN104510443A - 非侵入式眼压传感元件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种非侵入式眼压传感元件，其适于配置在眼球上。非侵入式眼压传感元件包括传感单元以及读取电路。传感单元包括多个电极层以及介电层。介电层包覆电极层并填充于电极层之间，且电极层与介电层构成电容。电容随眼球的眼压变化而产生电容值变化。读取电路电连接于传感单元。
Description
技术领域
本发明是有关于一种眼压传感元件，且特别是有关于一种非侵入式眼压传感元件。
背景技术
随着社会的发展，人们的工作时间越来越长。并且，在科技的蓬勃发展下，电子产品的使用量也大幅上升。在长时间工作或长时间近距离使用电子产品下，容易因用眼过度而造成眼睛疲劳、眼压过大等不适的症状，从而加速了眼睛老化的速度，且容易造成高度近视。一般而言，高度近视者、糖尿病或高血压患者或是家族中有青光眼病史者皆为青光眼的高危险群，严重者甚至有失明的可能性。因此，适时地监控眼压实为维持眼睛的健康中极重要的一环。
目前量测眼压的方法主要是在就诊时以光学仪器或压阻式眼压计对患者的眼球压力进行量测。然而，这两种方法皆受限于门诊时间而不适用于长时间监控。另外，也有一种量测眼压的方法是通过在患者眼中植入芯片，以进行长时间监控。然而，这种方法需进行手术，由于手术存在一定的风险，因此患者的接受度普遍不高。近年来，发展出一种电阻式的非侵入式眼压传感元件，其将电阻元件内嵌于隐形眼镜中，利用眼球的眼压变化所造成的电阻值变化对眼压进行量测。其优点在于，患者在不用开刀的情况下即可进行长时间眼压侦测。然而，电阻值变化相当微小，且眼压变动频率在0.01Hz以下。从噪声功率谱密度（noise power spectral density）公式V2=4kTR（单位为V2/Hz，其中k为波兹曼常数，T为绝对温度，R为电阻值）可知，在电阻值及频率皆非常小时，噪声会非常大。因此，这种方法难以量测出正确的眼压变化数值，且也因数值掺杂大量的噪声而造成后端信号处理的困难度。
发明内容
本发明提供一种非侵入式眼压传感元件，其可在不用进行手术下，进行长时间监控，并且可获得相对稳定的眼压信号。
本发明的一种非侵入式眼压传感元件，其适于配置在一眼球上。非侵入式眼压传感元件包括传感单元以及读取电路。传感单元包括多个电极层以及介电层。介电层包覆电极层并填充于这些电极层之间，且这些电极层与介电层构成电容，而电容随眼球的眼压变化而产生电容值变化。读取电路电连接于传感单元。
在本发明的一实施例中，上述的电极层包括第一电极层以及电性绝缘于第一电极层的第二电极层。
在本发明的一实施例中，上述的介电层的材质为高分子材质。
在本发明的一实施例中，上述的电极层具有环状的主体部，且这些主体部共用中心轴。
在本发明的一实施例中，在正视下，上述的这些主体部部分重叠。
在本发明的一实施例中，在正视下，上述的这些主体部彼此不重叠。
在本发明的一实施例中，上述的各电极层还具有多个由主体部凸出的凸出部。
在本发明的一实施例中，上述的这些凸出部共同朝外或共同朝内凸出，且这些主体部部分重叠，而这些凸出部部分重叠。
在本发明的一实施例中，上述的电极层包括第一电极层以及电性绝缘于第一电极层的第二电极层，第一电极层包括第一主体部以及多个由第一主体部凸出的第一凸出部，而第二电极层包括第二主体部以及多个由第二主体部凸出的第二凸出部，这些第一凸出部朝第二主体部凸出，而这些第二凸出部朝第一主体部凸出，且这些第一凸出部与这些第二凸出部交替地设置。
在本发明的一实施例中，上述的读取电路将电容值变化转换成电压信号。
在本发明的一实施例中，上述的读取电路将电容值变化转换成数字信号。
在本发明的一实施例中，上述的读取电路将电容值变化转换成振荡频率信号。
在本发明的一实施例中，上述的读取电路包括电感，且传感单元以及电感构成振荡电路。
在本发明的一实施例中，上述的读取电路包括电感以及电阻，且传感单元以及电感以及电阻构成振荡电路。
在本发明的一实施例中，上述的非侵入式眼压传感元件还包括软式隐形眼镜。
在本发明的一实施例中，上述的传感单元以及读取电路内嵌于软式隐形眼镜中，且传感单元与软式隐形眼镜共用中心轴。
在本发明的一实施例中，上述的读取单元内嵌于软式隐形眼镜中，而传感单元配置于软式隐形眼镜的外表面上并与软式隐形眼镜共用中心轴。
在本发明的一实施例中，上述的非侵入式眼压传感元件还包括电源供给单元，电连接于读取电路。
在本发明的一实施例中，上述的非侵入式眼压传感元件还包括数据转换单元，电连接于读取电路以及电源供给单元。
在本发明的一实施例中，上述的非侵入式眼压传感元件还包括无线传输单元，电连接于读取电路以及电源供给单元。
在本发明的一实施例中，上述的非侵入式眼压传感元件还包括数据转换单元以及无线传输单元，其中数据转换单元电连接于读取电路以及无线传输单元。
在本发明的一实施例中，上述的第一电极层以及第二电极层的材质为金属、合金或其组合。
在本发明的一实施例中，上述的第一电极层以及第二电极层的材质为金属氧化物。
基于上述，本发明的非侵入式眼压传感元件通过眼球的眼压变化所造成的电容值变化对眼压进行量测。由噪声功率谱密度的公式可知，噪声的大小反比于电容值。也就是说，电容值越大，噪声越小。因此，本发明的非侵入式眼压传感元件能够量测出噪声相对低且准确度相对高的眼压变化数值，且在眼压变化数值相对稳定下，也有利于后端信号处理，从而有助于提高眼压量测系统的解析能力。此外，由于本发明的非侵入式眼压传感元件为非植入式的眼压传感元件，因此可以不用进行手术。并且，在非侵入式眼压传感元件结合隐形眼镜使用下，使用者可自行配戴以及长时间使用，从而适于进行长时间监控。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。
附图说明
图1A是本发明的第一实施例的一种非侵入式眼压传感元件的俯视示意图；
图1B是图1A中剖线A-A’的剖面示意图；
图1C是本发明的第一实施例的另一种非侵入式眼压传感元件的剖面示意图；
图2是角膜的曲率与眼压变化的关系图；
图3A及图3B分别是本发明的第二实施例的一种非侵入式眼压传感元件的俯视及剖面示意图；
图4A及图4B分别是本发明的第三实施例的一种非侵入式眼压传感元件的俯视及剖面示意图；
图5A及图5B分别是本发明的第四实施例的一种非侵入式眼压传感元件的俯视及剖面示意图；
图6是本发明的第五实施例的一种非侵入式眼压传感元件的示意图；
图7是本发明的第六实施例的一种非侵入式眼压传感元件的示意图；
图8是本发明的第七实施例的一种非侵入式眼压传感元件的示意图；
图9是本发明的第八实施例的一种非侵入式眼压传感元件的示意图。
附图标记说明：
100、200、300、400、500、600、700、800：非侵入式眼压传感元件；
110、110’、510：传感单元；
112、112’：第一电极层；
112a：第一主体部；
112b：第一凸出部；
114、114’：第二电极层；
114a：第二主体部；
114b：第二凸出部；
116：介电层；
120：读取电路；
130：软式隐形眼镜；
140：电源供给单元；
150：数据转换单元；
160：无线传输单元；
610：读取器；
620：控制器；
C：电容；
C1、C2：曲线；
D：间距；
O：中心轴；
R1：曲率半径；
R2：投影半径；
S：外表面；
A-A’：剖线。
具体实施方式
图1A是本发明的第一实施例的一种非侵入式眼压传感元件的俯视示意图，图1B是图1A中剖线A-A’的剖面示意图，而图1C是本发明的第一实施例的另一种非侵入式眼压传感元件的剖面示意图，其中图1A省略示出传感单元的介电层。请参照图1A及图1B，本实施例的非侵入式眼压传感元件100适于配置在使用者的一眼球上，以对眼球的眼压进行量测，其包括传感单元110以及读取电路120。传感单元110以及读取电路120可搭配一挠性构件使用，例如是配置于挠性构件上或内嵌于挠性构件中，以利使用者配戴及取下。
进一步而言，非侵入式眼压传感元件100可进一步包括软式隐形眼镜130，且本实施例的传感单元110例如是，但不限于，内嵌于软式隐形眼镜130中，并且传感单元110例如与软式隐形眼镜130共用中心轴O。另一方面，读取电路120可以内嵌于软式隐形眼镜130中、配置于软式隐形眼镜130上或是外接于软式隐形眼镜130（也就是读取电路120不与软式隐形眼镜130接触）。举例而言，读取电路120可配置于使用者的脸上或其他合适的位置，并且读取电路120通过两条导线而与传感单元110电连接。
为提高配戴时的舒适性，并使非侵入式眼压传感元件100适于长时间配戴以进行长期监控，软式隐形眼镜130的材质较佳是采用具有高透氧与亲水性的材质。举例而言，软式隐形眼镜130的材质可以是水胶（学名为甲基丙烯酸-2-羟基乙酯，HEMA）。
传感单元110包括多个电极层以及介电层116，本实施例以第一电极层112以及第二电极层114接续说明，但本发明并不限于此。在其他实施例中，传感单元110也可包括两个以上的电极层。在本实施例中，第一电极层112具有环状的第一主体部112a，而第二电极层114具有环状的第二主体部114a，且第一主体部112a与第二主体部114a共用中心轴O。此外，第一主体部112a与第二主体部114a例如是，但不限于，部分重叠。
介电层116包覆第一电极层112以及第二电极层114并填充于第一电极层112与第二电极层114之间，以使第一电极层112与第二电极层114彼此电性绝缘。介电层116的材质例如为高分子材质，如聚一氯对二甲苯（ParyleneC），而第一电极层112以及第二电极层114的材质例如为金属、合金或其组合，但本发明不限于此。在另一实施例中，第一电极层112以及第二电极层114的材质也可以是透明导电材质，如金属氧化物，以具有较佳的光穿透率。所述金属氧化物例如可以是铟锡氧化物、铟锌氧化物、铝锡氧化物、铝锌氧化物、铟锗锌氧化物、或其它合适的氧化物、或者是上述至少二者的堆迭层。
第一电极层112、第二电极层114以及位于第一电极层112与第二电极层114之间的介电层116构成电容C，而电容C随眼球的眼压变化而产生电容值变化。读取电路120电连接于传感单元110。依据不同的设计需求，读取电路120适于将电容值变化转换成电压信号、数字信号或振荡频率信号，从而再通过外接一读取器与控制器进行数据分析处理。以转换成振荡频率信号为例，读取电路120可进一步包括未示出的电感，且传感单元110以及电感构成振荡电路。或者，读取电路120可进一步包括未示出的电感以及电阻，且传感单元110以及电感以及电阻构成振荡电路。
以下以图1B搭配图2进一步说明眼压变化如何产生电容值变化。图2是角膜的曲率与眼压变化的关系图。请参照图1B及图2，当非侵入式眼压传感元件100配戴于使用者的眼球上时，如图2中曲线C1所示，非侵入式眼压传感元件100会顺应角膜的曲率而弯曲。然而，角膜的曲率会随眼压的变化而变化。举例而言，当眼压增加时，如图2中曲线C2所示，非侵入式眼压传感元件100的曲率半径R1也会随之增加，而曲率半径R1在垂直于中心轴O的平面上的投影半径R2会随之减少。换言之，当角膜的曲率随眼压的变化而变化时，非侵入式眼压传感元件100的弯曲程度也会随之改变。如此一来，第一电极层112以及第二电极层114可能各自产生形变量，例如是角膜的曲率改变拉伸位于外侧的第二电极层114并压缩位于内侧的第一电极层112；或者，第一电极层112以及第二电极层114之间的间距D或两者的夹带面积会随角膜的曲率改变而改变，从而使得电容C随眼球的眼压变化而产生电容值变化。
从噪声功率谱密度（noise power spectral density）公式V2=kT/C（单位为V2/Hz，其中k为波兹曼常数，T为绝对温度，C为电容值）可知，电容值越大，噪声越小。因此，相较于电阻式的非侵入式眼压传感元件，本实施例的非侵入式眼压传感元件100更适于量测微小的眼压变动。此外，由于本实施例的非侵入式眼压传感元件100能够量测出噪声相对低且准确度相对高的眼压变化数值，且在眼压变化数值相对稳定下，也有利于后端信号处理，从而有助于提高眼压量测系统的解析能力。
值得一提的是，当角膜的曲率随眼压的变化而变化时，第一电极层112以及第二电极层114在软式隐形眼镜130的外表面具有最大的形变量，因此，在另一实施型态中，如图1C所示，可通过使传感单元110配置于软式隐形眼镜130的外表面S上，以进一步增加电容值的变异量。
需说明的是，本发明的第一电极层112以及第二电极层114的图案设计及相对配置关系并不限于图1A至图1C所示的型态。以下以图3A及图3B、图4A及图4B、图4A及图4B说明第一电极层112以及第二电极层114其他可实施的型态。图3A及图3B分别是本发明的第二实施例的一种非侵入式眼压传感元件的俯视及剖面示意图。请参照图3A及图3B，本实施例的非侵入式眼压传感元件200与图1A及图1B的非侵入式眼压传感元件100大致上相同，且相同的元件以相同的标号表示。主要差异在于，在正视下，如图3A所示，第一主体部112a与第二主体部114a彼此不重叠。
图4A及图4B分别是本发明的第三实施例的一种非侵入式眼压传感元件的俯视及剖面示意图。请参照图4A及图4B，本实施例的非侵入式眼压传感元件300与图1A及图1B的非侵入式眼压传感元件100大致上相同，且相同的元件以相同的标号表示。主要差异在于，传感元件110’的第一电极层112’可更具有多个连接于第一主体部112a的第一凸出部112b，而第二电极层114’更具有多个连接于第二主体部114a的第二凸出部114b。此外，第一主体部112a与第二主体部114a部分重叠，而第一凸出部112b以及第二凸出部114b部分重叠，且第一凸出部112b以及第二凸出部114b例如是，但不限于，共同朝外凸出。在另一实施例中，第一凸出部112b以及第二凸出部114b也可共同朝内凸出。
图5A及图5B分别是本发明的第四实施例的一种非侵入式眼压传感元件的俯视及剖面示意图。请参照图5A及图5B，本实施例的非侵入式眼压传感元件400与图4A及图4B的非侵入式眼压传感元件300大致上相同，且相同的元件以相同的标号表示。主要差异在于，第一凸出部112b朝第二主体部114a凸出，而第二凸出部114b朝第一主体部112a凸出，且第一凸出部112b与第二凸出部114b交替地设置，并彼此不重叠。当然，在上述的设计概念下，第一主体部112a、第二主体部114a、第一凸出部112b以及第二凸出部114b的图案设计也可视设计需求而改变其形状、大小等，此处便不再一一赘述。
以下以图6至图9说明应用非侵入式眼压传感元件100、200、300、400的眼压量测系统。图6是本发明的第五实施例的一种非侵入式眼压传感元件的示意图。请参照图6，本实施例的非侵入式眼压传感元件500包括传感单元510以及读取电路120，其中传感单元510可采用前述图1A、图1B、图1C、图3A、图3B、图4A、图4B、图5A及图5B中的传感单元110、110’。
此外，非侵入式眼压传感元件500可进一步包括电连接于读取电路120的电源供给单元140，例如一稳压器（Low Dropout Regulator）。再者，通过使电源供给单元140以及读取电路120电连接于读取器610，并使读取器610电连接于控制器620，则可将前述的电压信号、数字信号或振荡频率信号进行数据分析处理。举例而言，以读取电路120将电容值变化转换成电压信号为例，读取器610可包括类比数字转换器（Analog to Digital Converter，ADC）；以读取电路120将电容值变化转换成数字信号为例，读取器610可包括数字滤波器（Digital Filter）；而以读取电路120将电容值变化转换成振荡频率信号为例，读取器610可包括数字变频器（Digital Frequency Converter）。控制器620例如是数字信号处理器（Digital Signal Processor）或微处理器（MicroProcessor）。另外，控制器620可耦接至未示出的储存单元或是即时的监控系统（例如医护站）。
图7是本发明的第六实施例的一种非侵入式眼压传感元件的示意图。请参照图7，本实施例的非侵入式眼压传感元件600与图6中的非侵入式眼压传感元件500大致上相同，且相同的元件以相同的标号表示，于此便不再赘述。主要差异在于，本实施例的非侵入式眼压传感元件600进一步将数据转换单元150整合于非侵入式眼压传感元件600内。具体地，非侵入式眼压传感元件600包括电连接于读取电路120以及电源供给单元140的数据转换单元150，并且数据转换单元150电连接于读取器610。
图8是本发明的第七实施例的一种非侵入式眼压传感元件的示意图。请参照图8，本实施例的非侵入式眼压传感元件700与图6中的非侵入式眼压传感元件500大致上相同，且相同的元件以相同的标号表示，于此便不再赘述。主要差异在于，本实施例的非侵入式眼压传感元件700以无线传输的方式将信号传递至读取器610，且读取器610以无线传输的方式供电于电源供给单元140。具体地，非侵入式眼压传感元件700包括电连接于读取电路120以及电源供给单元140的无线传输单元160，并且无线传输单元160耦接于读取器610。无线传输单元160可以是无线射频识别（Radio FrequencyIdentification，RFID）系统。此外，本实施例的无线传输单元160可包括一环状天线，其中环状天线例如可内嵌于软式隐形眼镜中或配置于软式隐形眼镜上，并且，环状天线例如是环绕在传感单元510外，并与传感单元510共用中心轴。
图9是本发明的第八实施例的一种非侵入式眼压传感元件的示意图。请参照图9，本实施例的非侵入式眼压传感元件800与图8中的非侵入式眼压传感元件700大致上相同，且相同的元件以相同的标号表示，于此便不再赘述。主要差异在于，本实施例的非侵入式眼压传感元件800还包括数据转换单元150，其中数据转换单元150电连接于读取电路120以及无线传输单元160。也就是说，无线传输单元160将经过数据转换单元150处理后的信号以无线传输的方式将信号传递至读取器610。
综上所述，本发明的非侵入式眼压传感元件通过眼球的眼压变化所造成的电容值变化对眼压进行量测。由噪声功率谱密度的公式可知，噪声的大小反比于电容值。也就是说，电容值越大，噪声越小。因此，本发明的非侵入式眼压传感元件能够量测出噪声相对低且准确度相对高的眼压变化数值，且在眼压变化数值相对稳定下，也有利于后端信号处理，从而有助于提高眼压量测系统的解析能力。此外，由于本发明的非侵入式眼压传感元件为非植入式的眼压传感元件，因此可以不用进行手术。并且，在非侵入式眼压传感元件结合隐形眼镜使用下，使用者可自行配戴以及长时间使用，从而适于进行长时间监控。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (23)
1.一种非侵入式眼压传感元件，适于配置在眼球上，其特征在于，该非侵入式眼压传感元件包括：
传感单元，包括多个电极层以及介电层，该介电层包覆该些电极层并填充于该些电极层之间，且该些电极层与该介电层构成电容，而该电容随该眼球的眼压变化而产生电容值变化；以及
读取电路，电连接于该传感单元。
2.根据权利要求1所述的非侵入式眼压传感元件，其特征在于，该些电极层包括第一电极层以及电性绝缘于该第一电极层的第二电极层。
3.根据权利要求1所述的非侵入式眼压传感元件，其特征在于，该介电层的材质为高分子材质。
4.根据权利要求1所述的非侵入式眼压传感元件，其特征在于，各该电极层具有环状的主体部，且该些主体部共用中心轴。
5.根据权利要求4所述的非侵入式眼压传感元件，其特征在于，在正视下，该些主体部部分重叠。
6.根据权利要求4所述的非侵入式眼压传感元件，其特征在于，在正视下，该些主体部彼此不重叠。
7.根据权利要求4所述的非侵入式眼压传感元件，其特征在于，各该电极层还具有多个由该主体部凸出的凸出部。
8.根据权利要求7所述的非侵入式眼压传感元件，其特征在于，该些凸出部共同朝外或共同朝内凸出，且该些主体部部分重叠，而该些凸出部部分重叠。
9.根据权利要求7所述的非侵入式眼压传感元件，其特征在于，该些电极层包括第一电极层以及电性绝缘于该第一电极层的第二电极层，该第一电极层包括第一主体部以及多个由该第一主体部凸出的第一凸出部，而该第二电极层包括第二主体部以及多个由该第二主体部凸出的第二凸出部，该些第一凸出部朝该第二主体部凸出，而该些第二凸出部朝该第一主体部凸出，且该些第一凸出部与该些第二凸出部交替地设置。
10.根据权利要求1所述的非侵入式眼压传感元件，其特征在于，该读取电路将该电容值变化转换成电压信号。
11.根据权利要求1所述的非侵入式眼压传感元件，其特征在于，该读取电路将该电容值变化转换成数字信号。
12.根据权利要求1所述的非侵入式眼压传感元件，其特征在于，该读取电路将该电容值变化转换成振荡频率信号。
13.根据权利要求12所述的非侵入式眼压传感元件，其特征在于，该读取电路包括电感，且该传感单元以及该电感构成振荡电路。
14.根据权利要求12所述的非侵入式眼压传感元件，其特征在于，该读取电路包括电感以及电阻，且该传感单元以及该电感以及该电阻构成振荡电路。
15.根据权利要求1所述的非侵入式眼压传感元件，其特征在于，还包括软式隐形眼镜。
16.根据权利要求15所述的非侵入式眼压传感元件，其特征在于，该传感单元内嵌于该软式隐形眼镜中，且该传感单元与该软式隐形眼镜共用中心轴。
17.根据权利要求15所述的非侵入式眼压传感元件，其特征在于，该传感单元配置于该软式隐形眼镜的外表面上并与该软式隐形眼镜共用中心轴。
18.根据权利要求1所述的非侵入式眼压传感元件，其特征在于，还包括电源供给单元，电连接于该读取电路。
19.根据权利要求18所述的非侵入式眼压传感元件，其特征在于，还包括数据转换单元，电连接于该读取电路以及该电源供给单元。
20.根据权利要求18所述的非侵入式眼压传感元件，其特征在于，还包括无线传输单元，电连接于该读取电路以及该电源供给单元。
21.根据权利要求18所述的非侵入式眼压传感元件，其特征在于，还包括数据转换单元以及无线传输单元，其中该数据转换单元电连接于该读取电路以及该无线传输单元。
22.根据权利要求1所述的非侵入式眼压传感元件，其特征在于，该第一电极层以及该第二电极层的材质为金属、合金或其组合。
23.根据权利要求1所述的非侵入式眼压传感元件，其特征在于，该第一电极层以及该第二电极层的材质为金属氧化物。
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