ES2711194T3 - Lente oftálmica electrónica con sensor de diámetro de pupila orientado hacia atrás - Google Patents

Abstract

Una lente oftálmica con alimentación, la lente oftálmica con alimentación comprendiendo: una lente de contacto que incluye una zona óptica y una zona periférica; un sistema sensor de diámetro de la pupila orientado hacia atrás incorporado en la lente de contacto para medir el diámetro de la pupila, el sistema sensor de diámetro de la pupila incluyendo por lo menos un sensor; un fotosensor orientado hacia delante adaptado para detectar la luz ambiental; un controlador del sistema (1406) asociado operativamente con el por lo menos un sensor y con el fotosensor orientado hacia adelante y configurado para determinar el diámetro de la pupila y emitir una señal de control en base al diámetro de la pupila, y por lo menos un accionador (1408) configurado para recibir la señal de control de salida e implementar una función predeterminada.

Description

DESCRIPCION

Lente oftalmica electronica con sensor de diametro de pupila orientado hacia atras

ANTECEDENTES DE LA INVENCION

1. Campo de la invencion.

La presente invencion se refiere a una lente oftalmica alimentada o electrica que tiene un sensor y un hardware y software asociados para detectar y/o detectar el diametro de la pupila, y mas particularmente, a un sensor y un hardware y software asociados para detectar cambios en el diametro de la pupila y cambiar el estado de una lente oftalmica electronica.

2. Exposicion de la tecnica relacionada.

A medida que los dispositivos electronicos continuan siendo miniaturizados, se esta haciendo mas probable crear dispositivos microelectronicos portatiles o integrables para una variedad de usos. Tales usos pueden incluir monitorizar aspectos de la qmmica corporal, administrar dosificaciones controladas de medicamentos o agentes terapeuticos mediante varios mecanismos, incluyendo automaticamente, en respuesta a mediciones, o en respuesta a senales de control externo, y aumentar el rendimiento de los organos o tejidos. Ejemplos de tales dispositivos incluyen bombas de infusion de glucosa, marcapasos, desfibriladores, dispositivos de asistencia ventricular y neuroestimuladores. Un nuevo campo de aplicacion, particularmente util, es en las lentes usables y lentes de contacto oftalmicas. Por ejemplo, una lente usable puede incorporar un conjunto de lente que tiene un enfoque ajustable electronicamente para aumentar o mejorar el rendimiento del ojo. En otro ejemplo, ya sea con o sin enfoque ajustable, una lente de contacto usable puede incorporar sensores electronicos para detectar concentraciones de sustancias qmmicas particulares en la pelfcula precorneal (rasgado). El uso de electronica integrada en un conjunto de lente introduce un requisito potencial para la comunicacion con la electronica, para un metodo de alimentacion y/o reactivacion de la electronica, para la interconexion de la electronica, para la deteccion y/o monitorizacion interna y externa, y para el control de la electronica y la funcion general de la lente.

El ojo humano tiene la capacidad de discernir millones de colores, ajustarse facilmente a condiciones de luz cambiantes y transmitir senales o informacion al cerebro a una velocidad que excede a la de una conexion a Internet de alta velocidad. Las lentes, como las lentes de contacto y las lentes intraoculares, se utilizan actualmente para corregir defectos de la vista como la miopfa, la hipermetropfa, la presbicia y el astigmatismo. Sin embargo, se pueden utilizar lentes apropiadamente disenadas que incorporen componentes adicionales para mejorar la vision y para corregir defectos de la vision.

Las lentes de contacto pueden utilizarse para corregir la miopfa, la hipermetropfa, el astigmatismo asf como otros defectos de la agudeza visual. Tambien se pueden utilizar lentes de contacto para mejorar la apariencia natural de los ojos de un usuario. Las lentes de contacto o "contactos" son simplemente lentes colocadas en la superficie anterior del ojo. Las lentes de contacto se consideran dispositivos medicos y se pueden usar para corregir la vision y/o por razones cosmeticas u otras razones terapeuticas. Las lentes de contacto se han utilizado comercialmente para mejorar la vision desde la decada de 1950. Las primeras lentes de contacto estaban hechas o fabricadas con materiales duros, eran relativamente caras y fragiles. Adicionalmente, estas primeras lentes de contacto se fabricaron con materiales que no permitfan la transmision suficiente de oxfgeno a traves de la lente de contacto a la conjuntiva y la cornea, lo que potencialmente podfa provocar una serie de efectos clmicos adversos. Aunque estas lentes de contacto se utilizan todavfa, no son adecuadas para todos los pacientes debido a su bajo confort inicial. Desarrollos posteriores en el campo dieron lugar a lentes de contacto blandas, basadas en hidrogeles, que son extremadamente populares y ampliamente utilizadas en la actualidad. Espedficamente, las lentes de contacto de hidrogel de silicona que estan disponibles en la actualidad combinan el beneficio de la silicona, que tiene una permeabilidad al oxfgeno extremadamente alta, con la comodidad y el rendimiento clrnico comprobados de los hidrogeles. Esencialmente, estas lentes de contacto a base de hidrogel de silicona tienen permeabilidad al oxfgeno mas alta y son generalmente mas comodas de llevar que las lentes de contacto hechas de los materiales duros anteriores.

Las lentes de contacto convencionales son estructuras polimericas con formas espedficas para corregir varios problemas de vision como se ha expuesto brevemente con anterioridad. Para lograr una funcionalidad mejorada, varios circuitos y componentes deben ser integrados en estas estructuras polimericas. Por ejemplo, los circuitos de control, los microprocesadores, los dispositivos de comunicacion, las fuentes de alimentacion, los sensores, los accionadores, los diodos emisores de luz, y las antenas en miniatura pueden integrarse en las lentes de contacto a traves de componentes optoelectronicos hechos a la medida para no solo corregir la vision, sino tambien para mejorar la vision asf como proporcionar funcionalidad adicional como se explica en la presente. Las lentes de contacto electronicas y/o con alimentacion pueden disenarse para proporcionar una vision mejorada a traves de capacidades de acercamiento y alejamiento, o simplemente modificando las capacidades refractivas de las lentes. Las lentes de contacto electronicas y/o con alimentacion pueden disenarse para mejorar el color y la resolucion, mostrar informacion de texturas, traducir el habla en subfftulos en tiempo real, ofrecer senales visuales desde un sistema de navegacion, y proporcionar procesamiento de imagenes y acceso a Internet. Las lentes pueden estar disenadas para permitir que el usuario vea en condiciones de poca luz. La electronica apropiadamente disenada y/o la disposicion de la electronica en las lentes puede permitir proyectar una imagen en la retina, por ejemplo, sin una lente optica de enfoque variable, proporcionar pantallas de imagen novedosas e incluso proporcionar alertas de activacion. Alternativamente, o ademas de cualquiera de estas funciones o funciones similares, las lentes de contacto pueden incorporar componentes para la monitorizacion no invasiva de los biomarcadores y los indicadores de salud del portador. Por ejemplo, los sensores incorporados en las lentes pueden permitir que un paciente diabetico controle los niveles de azucar en sangre analizando los componentes de la pelfcula lagrimal sin la necesidad de extraer sangre. Ademas, una lente apropiadamente configurada puede incorporar sensores para monitorizar los niveles de colesterol, sodio y potasio, asf como otros marcadores biologicos. Esto, junto con un transmisor de datos inalambrico, podna permitirle a un medico tener acceso casi inmediato a la qmmica sangumea de un paciente sin la necesidad de que el paciente pierda el tiempo en llegar a un laboratorio y le extraigan sangre. Ademas, los sensores incorporados en las lentes pueden utilizarse para detectar la incidencia de luz en el ojo para compensar las condiciones de luz ambiental o para usarse en la determinacion de patrones de parpadeo.

La combinacion apropiada de dispositivos podna producir una funcionalidad potencialmente ilimitada; sin embargo, hay una serie de dificultades asociadas con la incorporacion de componentes adicionales en una pieza de polfmero de grado optico. En general, es diffcil fabricar tales componentes directamente sobre la lente por una serie de razones, asf como para montar e interconectar dispositivos planos en una superficie no plana. Tambien es diffcil de fabricar a escala. Los componentes a colocar sobre o en la lente deben miniaturizarse e integrarse en solo 1,5 cm2 de un poffmero transparente a la vez que se protegen los componentes del ambiente lfquido en el ojo. Tambien es diffcil hacer que una lente de contacto sea comoda y segura para el usuario con el grosor anadido de los componentes adicionales.

Dadas las limitaciones de area y volumen de un dispositivo oftalmico, como una lente de contacto, y el ambiente en el que se va a utilizar, la realizacion ffsica del dispositivo debe superar una serie de problemas, incluyendo el montaje y la interconexion de una serie de componentes electronicos sobre una superficie no plana, la mayor parte de la cual comprende plastico optico. Por consiguiente, hay una necesidad de proporcionar una lente de contacto electronica mecanica y electricamente robusta.

Como estas son lentes con alimentacion, energfa o mas particularmente consumo de corriente, el funcionamiento de la electronica es una preocupacion dada la tecnologfa de bateffas en la escala para una lente oftalmica. Ademas del consumo de corriente normal, los dispositivos o sistemas con alimentacion de esta naturaleza requieren generalmente reservas de corriente de espera, control de voltaje preciso y capacidades de conmutacion para garantizar el funcionamiento en un amplio intervalo de parametros operativos, y consumo en rafagas, por ejemplo, hasta 18 horas en una sola carga, despues de permanecer potencialmente inactiva durante anos. Por consiguiente, existe una necesidad para un sistema que este optimizado para un servicio de bajo costo fiable a largo plazo, seguridad y tamano a la vez que proporcione la potencia requerida.

Ademas, debido a la complejidad de la funcionalidad asociada con una lente con alimentacion y al alto nivel de interaccion entre todos los componentes que comprenden una lente con alimentacion, hay una necesidad de coordinar y controlar el funcionamiento general de la electronica y la optica que comprenden una lente oftalmica con alimentacion. Por consiguiente, hay una necesidad de un sistema para controlar el funcionamiento de todos los otros componentes que sea seguro, de bajo coste y fiable, tenga un bajo mdice de consumo de energfa y sea escalable para su incorporacion en una lente oftalmica.

Las lentes oftalmicas con alimentacion o electronicas pueden tener que considerar ciertas funciones fisiologicas unicas del individuo que utiliza la lente oftalmica con alimentacion o electronica. Mas espedficamente, es posible que las lentes con alimentacion tengan que tener en cuenta el parpadeo, incluyendo el numero de parpadeos en un peffodo de tiempo determinado, la duracion de un parpadeo, el tiempo entre parpadeos y cualquier numero de posibles patrones de parpadeo, por ejemplo, si la persona se esta dosificando. La deteccion del parpadeo tambien puede utilizarse para proporcionar cierta funcionalidad, por ejemplo, el parpadeo puede utilizarse como un medio para controlar uno o mas aspectos de una lente oftalmica con alimentacion. Ademas, los factores externos, como los cambios en los niveles de intensidad de la luz y la cantidad de luz visible que bloquea el parpado de una persona, deben tenerse en cuenta al determinar los parpadeos. Por ejemplo, si una habitacion tiene un nivel de iluminacion entre 54 y 161 lux, un fotosensor debeffa ser los suficiente sensible para detectar los cambios de intensidad de luz que tienen lugar cuando parpadea una persona

Los sensores de luz ambiental o fotosensores se utilizan en muchos sistemas y productos, por ejemplo, en televisores para ajustar el brillo de acuerdo con la luz de la habitacion, en luces para encenderse al anochecer, y en telefonos para ajustar el brillo de la pantalla. Sin embargo, estos sistemas de sensores utilizados actualmente no son lo suficientemente pequenos y/o no tienen un consumo de energfa lo suficientemente bajo como para incorporarlos en lentes de contacto.

Tambien es importante tener en cuenta que diferentes tipos de detectores de parpadeo pueden implementarse con sistemas de vision artificial dirigidos a los ojos, por ejemplo, una camara digitalizada a un ordenador. El software que se ejecuta en el ordenador puede reconocer patrones visuales como el ojo abierto y cerrado. Estos sistemas pueden utilizarse en entornos clmicos oftalmicos con propositos de diagnostico y estudios. A diferencia de los detectores y sistemas descritos anteriormente, estos sistemas estan disenados para uso ocular y para mirar al en lugar de apartar la vista del ojo. Aunque estos sistemas no son lo suficientemente pequenos para ser incorporados en lentes de contacto, el softWare utilizado puede ser similar al software que funcionana junto con las lentes de contacto con alimentacion. Cualquier sistema puede incorporar implementaciones de software de redes neuronales artificiales que aprenden de las entradas y ajustan sus salidas en consecuencia. Alternativamente, se pueden utilizar implementaciones de software no basadas en biologfa que incorporan estadfsticas, otros algoritmos adaptativos, y/o procesamiento de senales para crear sistemas inteligentes.

Por consiguiente, existe una necesidad de un medio y un metodo para detectar ciertas funciones fisiologicas, como un parpadeo, y utilizarlas para activar y/o controlar una lente oftalmica electronica o con alimentacion de acuerdo con el tipo de secuencia de parpadeo detectada por un sensor. El sensor que se utiliza tiene que estar dimensionado y configurado para su uso en una lente de contacto.

Alternativamente, puede utilizarse el diametro de la pupila en lugar de o ademas del parpadeo para controlar la funcionalidad de una lente de contacto bajo ciertas condiciones. El diametro de la pupila es un parametro medible del ojo que puede usarse para dirigir cambios en dispositivos oftalmicos. El diametro de la pupila puede medirse, por ejemplo, con una camara orientada hacia el ojo. La camara captura imagenes del ojo, determina la pupila a traves del reconocimiento de imagenes, patron o contraste, y calcula el diametro de la pupila. El diametro de la pupila, ya sea dilatado o contrafdo, se correlaciona con el nivel de luz que incide en el ojo, enfocando de cerca en lugar de lejos, y algunas afecciones medicas. Los dispositivos oftalmicos podnan cambiar la transmision de la luz o la distancia focal en base al diametro de la pupila, o desencadenar otros eventos. Alternativamente, los datos detectados pueden simplemente recopilarse y utilizarse para monitorizar afecciones medicas.

Los metodos y dispositivos existentes para medir el diametro de la pupila no son adecuados para su uso en lentes de contacto. Por ejemplo, las camaras y los sistemas de reconocimiento se encuentran tipicamente en entornos clmicos o quizas en lentes de gafas. Los sistemas existentes no tienen ni el tamano pequeno ni la corriente baja necesarios para su integracion en una lente de contacto. Los sistemas existentes tampoco pretenden variar el estado de un dispositivo oftalmico en base a los cambios en el diametro de la pupila. Por consiguiente, existe una necesidad de un medio y un metodo para detectar el diametro de la pupila y utilizar esta informacion para controlar una lente oftalmica electronica o con alimentacion.

Las lentes de contacto que comprenden un sensor para determinar el tamano de la pupila se divulgan en la WO2010/1333317, WO2009/0015785, US2009/0033863 y WO2009/120757.

SUMARIO DE LA INVENCION

La lente oftalmica electronica con sensor de dilatacion de la pupila orientado hacia atras de acuerdo con la presente invencion supera las limitaciones asociadas con la tecnica anterior como se ha descrito brevemente anteriormente.

De acuerdo con un aspecto, la presente invencion esta dirigida a una lente oftalmica con alimentacion como se define en la reivindicacion 1.

La presente invencion se refiere a una lente de contacto con alimentacion como se define en la reivindicacion 1, que comprende adicionalmente un sistema electronico, que realiza cualquier numero de funciones, incluyendo la activacion de una optica de enfoque variable si esta incluida. El sistema electronico incluye una o mas batenas u otras fuentes de alimentacion, circuitos de gestion de potencia, uno o mas sensores, circuitos de generacion de reloj, algoritmos de control y circuitos, y circuitos controladores de lentes.

El control de una lente oftalmica con alimentacion puede lograrse a traves de un dispositivo externo operado manualmente que se comunica con la lente de manera inalambrica, como una unidad remota manual. Alternativamente, el control de la lente oftalmica con alimentacion puede lograrse a traves de la retroalimentacion o senales de control directamente desde el usuario. Por ejemplo, los sensores incorporados en la lente pueden detectar parpadeos y/o patrones de parpadeo. En base al patron o la secuencia de parpadeos, la lente oftalmica con alimentacion puede cambiar de estado, por ejemplo, su potencia refractiva para enfocar o un objeto cercano o un objeto distante. En otra realizacion ejemplar alternativa, el control de la lente oftalmica con alimentacion puede lograrse a traves de senales de retroalimentacion o control directamente desde el usuario; concretamente, a traves de cambios detectados en el tamano de las pupilas del individuo.

El sensor de diametro de la pupila de la presente invencion es del tamano pequeno apropiado y del bajo consumo de corriente para integrarse en una lente de contacto. En una realizacion ejemplar, el sensor se fabrica con un proceso de semiconductor de silicio, se adelgaza a aproximadamente 100 micrones o menos, y se corta en cuadraditos a un tamano de cuadrado de aproximadamente 300 x 300 micrones o menos. En una realizacion ejemplar alternativa, el sensor se fabrica como un dispositivo flexible delgado que se ajusta a la forma esferica de una lente de contacto. En otra realizacion ejemplar, el sensor se fabrica como una matriz de sensores mas pequenos colocados en varias localizaciones en la lente de contacto para muestrear varios puntos en el iris. Los sensores pueden determinar el diametro de la pupila y cambios de la misma detectando la reflexion de la luz, la impedancia, el campo electromagnetico, la actividad neural, la actividad muscular, y otros parametros que se conocen en la tecnica oftalmica.

El sensor de diametro de la pupila esta disenado para consumir poca corriente, permitiendo el funcionamiento en una lente de contacto desde una batena pequena y/o un colector de energfa. En una realizacion ejemplar, el sensor se implementa como un fotosensor no polarizado o poco polarizado que detecta la luz que se refleja en el iris. En este caso, el sensor se puede muestrear en un ciclo de bajo rendimiento y baja frecuencia de tal manera que se minimice el consumo total de energfa. En otra realizacion ejemplar, el sensor se implementa para detectar la impedancia a traves del iris o en varios puntos en el iris. De nuevo, el sensor se implementa usando una tecnica de baja corriente como es comun en la tecnica, por ejemplo, alta impedancia y bajo voltaje. En otra realizacion ejemplar mas, el sensor se implementa para medir la actividad neuromuscular, por ejemplo, detectando las emisiones electromagneticas de los musculos que controlan la apertura del iris.

El sensor de diametro de la pupila esta disenado para funcionar en un sistema que activa el dispositivo oftalmico electronico en base a los cambios en el diametro de la pupila. En una realizacion ejemplar, el sensor se muestrea a una velocidad que es lo suficientemente rapida para detectar de manera comoda y conveniente el deseo de cambiar la longitud focal, pero lo suficientemente lenta para minimizar el consumo de corriente para operar con una batena pequena y/o un colector de energfa. El sensor esta incluido en un sistema para considerar el diametro de la pupila junto con otras entradas, por ejemplo, la luz ambiental incidente sobre el ojo. En este caso, el sistema podna detectar cambios en el diametro de la pupila en ausencia de una disminucion de la luz ambiental, una situacion correlacionada con el deseo de enfocar de cerca.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS

Lo anterior y otras caractensticas y ventajas de la invencion seran evidentes a partir de la siguiente descripcion mas particular de las realizaciones preferidas de la invencion, como se ilustra en los dibujos acompanantes. Las Figuras 1 a 11 y las partes correspondientes de la descripcion se refieren a materia no cubierta por las reivindicaciones, incluso si se identifican como relacionadas con la "invencion" o como "realizacion".

La Figura 1 ilustra una lente de contacto ejemplar que comprende un sistema de deteccion de parpadeo de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invencion.

La Figura 2 ilustra una representacion grafica de la luz incidente sobre la superficie del ojo frente al tiempo, e ilustra un posible patron de parpadeo involuntario registrado en varios niveles de intensidad de luz frente al tiempo y un nivel de umbral utilizable basado en algun punto entre los niveles de intensidad de luz maximo y mmimo de acuerdo con La presente invencion.

La Figura 3 es un diagrama de transicion de estado ejemplar de un sistema de deteccion de parpadeo de acuerdo con la presente invencion.

La Figura 4 es una representacion esquematica de una trayectoria de fotodeteccion utilizada para detectar y muestrear senales luminosas recibidas de acuerdo con la presente invencion.

La Figura 5 es un diagrama de bloques de la logica de condicionamiento digital de acuerdo con la presente invencion.

La Figura 6 es un diagrama de bloques de la logica de deteccion digital de acuerdo con la presente invencion. La Figura 7 es un diagrama de tiempo ejemplar de acuerdo con la presente invencion.

La Figura 8 es una representacion esquematica de un controlador de sistema digital de acuerdo con la presente invencion.

La Figura 9 es un diagrama de tiempo ejemplar para el control de ganancia automatico de acuerdo con la presente invencion.

La Figura 10 es una representacion esquematica de las zonas de bloqueo de luz y paso de la luz en una matriz de circuito integrado ejemplar de acuerdo con la presente invencion.

La Figura 11 es una representacion esquematica de un inserto electronico ejemplar, que incluye un detector de parpadeo, para una lente de contacto con alimentacion de acuerdo con la presente invencion.

La Figura 12 es una representacion esquematica de una lente oftalmica con alimentacion quetiene un primer sensor de diametro de la pupila ejemplar colocado en el ojo de acuerdo con la presente invencion.

La Figura 13 es una representacion esquematica de una lente oftalmica con alimentacion que tiene un segundo sensor de diametro de la pupila ejemplar colocado en el ojo de acuerdo con la presente invencion. La Figura 14 es una representacion en diagrama de bloques de un sistema electronico para detectar y utilizar el diametro de la pupila de acuerdo con la presente invencion.

La Figura 15 es un grafico de la luz ambiental y el diametro de la pupila frente al tiempo de acuerdo con la presente invencion.

DESCRIPCION DETALLADA DE LAS REALIZACIONES PREFERIDAS

Las lentes de contacto convencionales son estructuras polimericas con formas espedficas para corregir varios problemas de la vision como se ha expuesto brevemente con anterioridad. Para lograr una funcionalidad mejorada, pueden integrarse varios circuitos y componentes en estas estructuras polimericas. Por ejemplo, pueden integrarse circuitos de control, microprocesadores, dispositivos de comunicacion, fuentes de alimentacion, sensores, accionadores, diodos emisores de luz y antenas en miniatura en las lentes de contacto mediante componentes optoelectronicos hechos a medida no solo para corregir la vision, sino tambien para mejorar la vision asf como proporcionar funcionalidad adicional como se explica en la presente. Las lentes de contacto electronicas y/o con alimentacion pueden estar disenadas para proporcionar una vision mejorada a traves de capacidades de acercamiento y alejamiento, o simplemente modificando las capacidades de refraccion de las lentes. Las lentes de contacto electronicas y/o con alimentacion pueden estar disenadas para mejorar el color y la resolucion, para mostrar informacion de texturas, para traducir el habla en subtftulos en tiempo real, para ofrecer senales visuales desde un sistema de navegacion y para proporcionar procesamiento de imagenes y acceso a Internet. Las lentes pueden estar disenadas para permitir que el usuario vea en condiciones de poca luz. La electronica apropiadamente disenada y/o la disposicion de la electronica en las lentes puede permitir proyectar una imagen en la retina, por ejemplo, sin una lente optica de enfoque variable, proporcionar pantallas de imagen nuevas e incluso proporcionar alertas de activacion. Alternativamente, o ademas de cualquiera de estas funciones o funciones similares, las lentes de contacto pueden incorporar componentes para la monitorizacion no invasiva de los biomarcadores y los indicadores de salud del portador. Por ejemplo, los sensores incorporados en las lentes pueden permitir que un paciente diabetico controle los niveles de azucar en sangre analizando los componentes de la pelfcula lagrimal sin la necesidad de extraer sangre. Ademas, una lente apropiadamente configurada puede incorporar sensores para monitorizar los niveles de colesterol, sodio y potasio, asf como otros marcadores biologicos. Esto, junto con un transmisor de datos inalambrico, podna permitir a un medico tener acceso casi inmediato a la qmmica sangumea de un paciente sin la necesidad de que el paciente pierda el tiempo en llegar a un laboratorio y le extraigan sangre. Ademas, los sensores incorporados en las lentes pueden utilizarse para detectar la luz incidente en el ojo para compensar las condiciones de luz ambiental o para determinar patrones de parpadeo.

Las lentes de contacto con alimentacion o electronicas de la presente invencion comprenden los elementos necesarios para corregir y/o mejorar la vision de los pacientes con uno o mas de los defectos de la vision descritos anteriormente o realizar una funcion oftalmica util. Ademas, la lente de contacto electronica puede utilizarse simplemente para mejorar la vision normal o proporcionar una amplia variedad de funcionalidades como se ha descrito anteriormente. La lente de contacto electronica puede comprender una lente optica de enfoque variable, una optica frontal ensamblada incrustada en una lente de contacto o simplemente incrustar electronica sin una lente para cualquier funcionalidad adecuada. La lente electronica de la presente invencion puede incorporarse en cualquiera de una serie de lentes de contacto como se ha descrito anteriormente. Ademas, las lentes intraoculares tambien pueden incorporar los varios componentes y funcionalidades descritos en la presente. Sin embargo, por facilidad de explicacion, la divulgacion se enfocara en una lente de contacto electronica para corregir defectos de la vision pretendida para la desechabilidad diaria de un solo uso.

La presente invencion puede emplearse en una lente oftalmica con alimentacion o en una lente de contacto con alimentacion que comprende un sistema electronico, que acciona una optica de enfoque variable o cualquier otro dispositivo o dispositivos configurados para implementar cualquier numero de numerosas funciones que puedan realizarse. El sistema electronico incluye una o mas batenas u otras fuentes de energfa, circuitos de gestion de energfa, uno o mas sensores, circuitos de generacion de reloj, algoritmos y circuitos de control, y circuitos de controlador de lentes. La complejidad de estos componentes puede variar dependiendo de la funcionalidad requerida o deseada de la lente.

El control de una lente oftalmica electronica o con alimentacion puede lograrse a traves de un dispositivo externo manejado manualmente que se comunica con la lente, como una unidad remota manual. Por ejemplo, un fob puede comunicarse inalambricamente con la lente con alimentacion en base a la entrada manual del usuario. Alternativamente, el control de la lente oftalmica con alimentacion puede lograrse a traves de retroalimentacion o senales de control directamente del usuario. Por ejemplo, los sensores incorporados en la lente pueden detectar parpadeos y/o patrones de parpadeo. En base al patron o la secuencia de parpadeos, la lente oftalmica con alimentacion puede cambiar de estado, por ejemplo, su potencia refractiva para enfocar o un objeto cercano o un objeto distante.

Alternativamente, la deteccion de parpadeo en una lente oftalmica con alimentacion o electronica puede usarse para otros varios usos donde hay interaccion entre el usuario y la lente de contacto electronica, como activar otro dispositivo electronico, o enviar un comando a otro dispositivo electronico. Por ejemplo, la deteccion de parpadeo en una lente oftalmica puede usarse junto con una camara en un ordenador en donde la camara realiza un seguimiento de donde se mueve el ojo(s) en la pantalla del ordenador, y cuando el usuario ejecuta una secuencia de parpadeo que detecto, hace que el puntero del raton ejecute un comando, como hacer doble clic en un elemento, resaltar un elemento, o seleccionar un elemento del menu.

Un algoritmo de deteccion de parpadeo es un componente del controlador del sistema que detecta las caractensticas de los parpadeos; por ejemplo, el parpado esta abierto o cerrado, la duracion del parpadeo, la duracion entre parpadeos, y el numero de parpadeos en un penodo de tiempo dado. El algoritmo de acuerdo con la presente invencion se basa en el muestreo de la luz incidente en el ojo a una cierta frecuencia de muestreo. Los patrones de parpadeo predeterminados se almacenan y se comparan con el historial reciente de muestras de luz incidente. Cuando los patrones coinciden, el algoritmo de deteccion de parpadeo puede activar la actividad en el controlador del sistema, por ejemplo, para activar el controlador de la lente para cambiar la potencia refractiva de la lente.

El parpadeo es el cierre y la apertura rapidos de los parpados y es una funcion esencial del ojo. El parpadeo protege al ojo de objetos extranos, por ejemplo, las personas parpadean cuando aparecen objetos inesperadamente cerca del ojo. El parpadeo proporciona lubricacion sobre la superficie anterior del ojo extendiendo las lagrimas. El parpadeo tambien sirve para eliminar contaminantes y/o irritantes del ojo. Normalmente, el parpadeo se realiza automaticamente, pero estfmulos externos pueden contribuir, como en el caso de los irritantes. Sin embargo, el parpadeo tambien puede ser util, por ejemplo, para individuos que no pueden comunicarse verbalmente o con gestos se puede parpadear una vez para sf y dos veces para no. El algoritmo de deteccion de parpadeo y el sistema de la presente invencion utilizan patrones de parpadeo que no pueden confundirse con la respuesta de parpadeo normal. En otras palabras, si se utiliza el parpadeo como un medio para controlar una accion, entonces el patron particular seleccionado para una accion dada no puede tener lugar al azar; de lo contrario, pueden tener lugar acciones involuntarias. Como la velocidad de parpadeo puede verse afectada por una serie de factores, que incluyen la fatiga, lesion ocular, medicacion y enfermedad, los patrones de parpadeo con propositos de control tienen preferiblemente en cuenta estas y cualquier otra variable que afecte el parpadeo. La duracion media de los parpadeos involuntarios esta en el intervalo de aproximadamente 100 a 400 milisegundos. Los hombres y mujeres adultos medios parpadean a velocidad de diez 10 parpadeos involuntarios por minuto, y el tiempo medio entre parpadeos involuntarios es de aproximadamente 0,3 a 70 segundos.

Una realizacion ejemplar del algoritmo de deteccion de parpadeo puede resumirse en los pasos siguientes.

1. Definir una "secuencia de parpadeo" intencional que un usuario ejecutara para la deteccion de parpadeo positivo.

2. Muestrear el nivel de luz entrante a una velocidad consistente con la deteccion de la secuencia de parpadeo y rechazar los parpadeos involuntarios.

3. Comparar el historial de niveles de luz muestreados con la "secuencia de parpadeo" esperada, como se define por una plantilla de valores de parpadeo.

4. Opcionalmente, implementar una secuencia de "mascara" de parpadeo para indicar partes de la plantilla a ignorar durante las comparaciones, por ejemplo, transiciones cercanas. Esto puede permitir que un usuario se desvfe de una "secuencia de parpadeo" deseada, como una ventana de error de ±1, en la que pueden tener lugar uno o mas de activacion, control y cambio de enfoque de la lente. Adicionalmente, esto puede permitir una variacion en la cadencia del usuario de la secuencia de parpadeo.

Una secuencia de parpadeo ejemplar puede definirse de la siguiente manera:

1. parpadeo (cerrado) durante 0,5 s

2. abierto durante 0,5 s

3. parpadeo (cerrado) durante 0,5 s

A una frecuencia de muestreo de 100 ms, una plantilla de parpadeo de 20 muestras viene dada por parpadeo_plantilla = [1,1,1, 0,0,0,0,0, 1,1,1,1,1,0,0,0,0,0, 1,1].

La mascara de parpadeo se define para enmascarar las muestras justo despues de una transicion (0 para enmascarar o ignorar muestras), y viene dada por

parpadeo_mascara = [1,1,1,0,1,1,1,1, 0,1,1,1,1, 0,1,1,1,1, 0,1].

Opcionalmente, se puede enmascarar una region de transicion mas amplia para permitir una mayor incertidumbre en el tiempo, y viene dada por

parpadeo_mascara = [1,1,0, 0,1,1,1,0, 0,1,1,1,0, 0,1,1,1,0, 0,1].

Se pueden implementar patrones alternativos, por ejemplo, un solo parpadeo largo, en este caso un parpadeo de 1,5s con una plantilla de 24 muestras, dada por

parpadeo_plantilla = [1,1,1,1,0,0, 0,0,0,0,0,0, 0,0,0,0,0,0, 0,1,1,1,1,1].

Es importante tener en cuenta que el ejemplo anterior es con fines ilustrativos y no representa un conjunto espedfico de datos.

La deteccion puede implementarse comparando logicamente el historial de muestras con la plantilla y la mascara. La operacion logica es hacer un OR exclusivo (XOR) de la plantilla y la secuencia del historial de muestra, a nivel de bits, y luego verificar que todos los bits del historial sin enmascarar coincidan con la plantilla. Por ejemplo, como se ilustra en las muestras de mascara de parpadeo anteriores, en cada lugar de la secuencia de una mascara de parpadeo que el valor es 1 logico, un parpadeo tiene que coincidir con la plantilla de mascara de parpadeo en ese lugar de la secuencia. Sin embargo, en cada lugar de la secuencia de una mascara de parpadeo que el valor es 0 logico, no es necesario que un parpadeo coincida con la plantilla de mascara de parpadeo en ese lugar de la secuencia. Por ejemplo, se puede utilizar la siguiente ecuacion de algoritmo booleano, codificada en MATLAB®.

coincidente = no(parpadeo_mascara) | no (xor (parpadeo_plantiMa, prueba_muestra)), en donde prueba_muestra es el historial de muestra. El valor coincidente es una secuencia con la misma longitud que la plantilla de parpadeo, el historial de muestras y la parpadeo_mascara. Si la secuencia coincidente es toda de 1 logico, entonces se ha producido una buena coincidencia. Al descomponerlo, no (xor (parpadeo_plantilla, prueba_muestra)) proporciona un 0 logico para cada discrepancia y un 1 logico para cada coincidencia. La combinacion de logica con la mascara invertida obliga a cada localizacion en la secuencia coincidente a un 1 logico donde la mascara es un 0 logico. En consecuencia, mientras mas lugares en una plantilla de mascara de parpadeo se especifique como valor logico 0, mayor sera el margen de error permitido en relacion con los parpadeos de una persona. MATLAB® es un lenguaje e implementacion de alto nivel para computacion numerica, visualizacion y programacion y es un producto de MathWorks, Natick, Massachusetts. Tambien es importante tener en cuenta que cuanto mayor sea el numero de 0 logicos en la plantilla de mascara de parpadeo, mayor sera el potencial de que los falsos positivos coincidan con los patrones de parpadeo esperados o previstos. Debe apreciarse que pueden programarse una variedad de patrones de parpadeo esperados o previstos en un dispositivo con uno o mas activos a la vez. Mas espedficamente, pueden utilizarse multiples patrones de parpadeo esperados o previstos para el mismo proposito o funcionalidad, o para implementar una funcionalidad diferente o alternativa. Por ejemplo, se puede utilizar un patron de parpadeo para hacer que la lente se acerque o se aleje en un objeto pretendido, mientras que puede utilizarse otro patron de parpadeo para hacer que otro dispositivo, por ejemplo, una bomba, en la lente administre una dosis de un agente terapeutico.

La Figura 1 ilustra, en forma de diagrama de bloques, una lente de contacto 100, que comprende un sistema de detector de parpadeo electronico, de acuerdo con una realizacion ejemplar de la presente invencion. En esta realizacion ejemplar, el sistema detector de parpadeo electronico puede comprender un fotosensor 102, un amplificador 104, un convertidor de analogico a digital o ADC 106, un procesador de senales digitales 108, una fuente de alimentacion 110, un accionador 112 y un controlador del sistema 114.

Cuando la lente de contacto 100 se coloca en la superficie frontal del ojo de un usuario, los circuitos electronicos del sistema de deteccion de parpadeo pueden utilizarse para implementar el algoritmo de deteccion de parpadeo de la presente invencion. El fotosensor 102, asf como los otros circuitos, esta configurado para detectar parpadeos y/o varios patrones de parpadeo producidos por el ojo del usuario.

En esta realizacion ejemplar, el fotosensor 102 puede integrarse en la lente de contacto 100 y recibe luz ambiental 101, convirtiendo los fotones incidentes en electrones y haciendo de este modo que una corriente, indicada por la flecha 103, fluya hacia el amplificador 104. El fotosensor o fotodetector 102 puede comprender cualquier dispositivo adecuado. En una realizacion ejemplar, el fotosensor 102 comprende un fotodiodo. En una realizacion ejemplar preferida, el fotodiodo se implementa en un semiconductor de oxido de metal complementario (tecnologfa de proceso CMOS) para aumentar la capacidad de integracion y reducir el tamano total del fotosensor 102 y los otros circuitos. La corriente 103 es proporcional al nivel de luz incidente y disminuye sustancialmente cuando el fotodetector 102 esta cubierto por un parpado. El amplificador 104 crea una salida proporcional a la entrada, con ganancia, y puede funcionar como un amplificador de transimpedancia que convierte la corriente de entrada en voltaje de salida. El amplificador 104 puede amplificar una senal a un nivel utilizable para el resto del sistema, como dar a la senal el voltaje y la potencia suficientes para ser adquiridos por el ADC 106. Por ejemplo, el amplificador puede ser necesario para accionar bloques subsiguientes ya que la salida del fotosensor 102 puede ser bastante pequena y puede usarse en ambientes de poca luz. El amplificador 104 puede implementarse como un amplificador de ganancia variable, la ganancia del cual puede ajustarse por el controlador del sistema 114, en una disposicion de realimentacion, para maximizar el rango dinamico del sistema. Ademas de proporcionar ganancia, el amplificador 104 puede incluir otros circuitos de acondicionamiento de senales analogicas, como filtrado y otros circuitos apropiados para el fotosensor 102 y las salidas del amplificador 104. El amplificador 104 puede comprender cualquier dispositivo adecuado para amplificar y acondicionar la salida de senal por el fotosensor 102. Por ejemplo, el amplificador 104 puede comprender simplemente un unico amplificador operacional o un circuito mas complicado que comprende uno o mas amplificadores operacionales. Como se ha expuesto anteriormente, el fotosensor 102 y el amplificador 104 estan configurados para detectar y aislar secuencias de parpadeo en base a la intensidad de la luz incidente recibida a traves del ojo y convertir la corriente de entrada en una senal digital utilizable en ultima instancia por el controlador del sistema 114. El controlador del sistema 114 esta preferiblemente preprogramado o preconfigurado para reconocer varias secuencias de parpadeo y/o patrones de parpadeo en varias condiciones de nivel de intensidad de luz y proporcionar una senal de salida apropiada al accionador 112. El controlador del sistema 114 tambien comprende memoria asociada.

En esta realizacion ejemplar, el ADC 106 puede usarse para convertir una salida de senal continua analogica del amplificador 104 en una senal digital muestreada apropiada para el procesamiento adicional de senales. Por ejemplo, el ADC 106 puede convertir una salida de senal analogica del amplificador 104 en una senal digital que puede ser utilizada por circuitos posteriores o subsiguientes, como un sistema de procesamiento de senales digitales o un microprocesador 108. Un sistema de procesamiento de senales digitales o un procesador de senales digitales 108 puede utilizarse para el procesamiento de senales digitales, que incluye uno o mas de filtrado, procesamiento, deteccion y manipular/procesar de otra manera datos muestreados para permitir la deteccion de luz incidente para uso subsiguiente. El procesador de senales digitales 108 puede preprogramarse con las secuencias de parpadeo y/o los patrones de parpadeo descritos anteriormente. El procesador de senales digitales 108 tambien comprende memoria asociada. El procesador de senales digitales 108 puede implementarse utilizando circuitos analogicos, circuitos digitales, software, o una combinacion de los mismos. En la realizacion ejemplar ilustrada, se implementa en circuitos digitales. El ADC 106 junto con el amplificador asociado 104 y el procesador de senales digitales 108 se activan a una frecuencia adecuada de acuerdo con la frecuencia de muestreo descrita anteriormente, por ejemplo cada 100 ms.

Una fuente de alimentacion 110 suministra energfa para los numerosos componentes que comprenden el sistema de deteccion de parpadeo. La energfa puede suministrarse desde una batena, un colector de energfa, u otros medios adecuados, como es sabido por un experto en la tecnica. Esencialmente, puede utilizarse cualquier tipo de fuente de alimentacion 110 para proporcionar energfa confiable para todos los otros componentes del sistema. Se puede utilizar una secuencia de parpadeo para cambiar el estado del sistema y/o el controlador del sistema. Ademas, el controlador del sistema 114 puede controlar otros aspectos de una lente de contacto con alimentacion ^{dependiendo de la entrada del procesador de senales digitales} 108 ^{, por ejemplo, cambiando el enfoque o la potencia} refractiva de una lente controlada electronicamente a traves del accionador 112.

El controlador del sistema 114 usa la senal de la cadena del fotosensor; concretamente, el fotosensor 102, el amplificador 104, el ADC 106 y el sistema de procesamiento de senales digitales 108, para comparar los niveles de luz muestreados y los patrones de activacion de parpadeo. En referencia a la Figura 2, se ilustra una representacion grafica de las muestras de patrones de parpadeo registradas en varios niveles de intensidad de luz en funcion del tiempo y un nivel de umbral utilizable. Por consiguiente, tener en cuenta varios factores puede mitigar y/o prevenir errores en la deteccion de parpadeos al muestrear la luz incidente en el ojo, como tener en cuenta cambios en los niveles de intensidad de luz en diferentes lugares y/o mientras se realizan varias actividades. Adicionalmente, cuando se muestrea la luz incidente en el ojo, tener en cuenta los efectos que los cambios en la intensidad de la luz ambiental pueden tener en el ojo y el parpado tambien pueden mitigar y/o evitar errores en la deteccion de parpadeos, como la cantidad de luz visible que bloquea el parpado cuando esta cerrado en niveles de luz de baja intensidad y en niveles de luz de alta intensidad. En otras palabras, para evitar que se utilicen patrones de parpadeo erroneos para controlar, se tiene en cuenta preferiblemente el nivel de luz ambiental como se explica con mayor detalle a continuacion.

Por ejemplo, en un estudio, se ha descubierto que el parpado de media bloquea aproximadamente el 99% de la luz visible, pero a longitudes de onda menores tiende a transmitirse menos luz a traves del parpado, bloqueando aproximadamente el 99,6% de la luz visible. En longitudes de onda mas largas, hacia la parte infrarroja del espectro, el parpado puede bloquear solo el 30% de la luz incidente. Lo que es importante tener en cuenta; sin embargo, es que la luz a diferentes frecuencias, longitudes de onda e intensidades pueden transmitirse a traves de los parpados con diferentes eficiencias. Por ejemplo, cuando se mira una fuente de luz brillante, un individuo puede ver luz roja con los parpados cerrados. Tambien puede haber variaciones en cuanta luz visible puede bloquear un parpado en funcion de un individuo, como la pigmentacion de la piel de un individuo. Como se ilustra en la Figura 2, las muestras de datos de patrones de parpadeo a traves de varios niveles de iluminacion se simulan en el transcurso de un intervalo de tiempo de 72 en el que los niveles de intensidad de luz visible transmitidos a traves del ojo se registran durante el curso de la simulacion, y se ilustra un valor de umbral utilizable. El umbral se establece en un valor entre el valor de pico a pico de la intensidad de luz visible registrada para los patrones de parpadeo de la muestra durante el curso de la simulacion a niveles de intensidad de luz variables. Tener la capacidad de preprogramar patrones de parpadeo mientras se sigue un nivel de luz medio a lo largo del tiempo y ajustar un umbral puede ser cnticos para poder detectar cuando esta parpadeando un individuo, en oposicion a cuando no esta parpadeando un individuo y/o simplemente hay un cambio en el nivel de intensidad de luz en un area determinada.

En referencia ahora de nuevo a la Figura 1, en otras realizaciones ejemplares alternativas, el controlador del sistema 114 puede recibir entrada de fuentes que incluyen uno o mas de un detector de parpadeo, sensores de musculo ocular y un control fob. A modo de generalizacion, puede ser obvio para un experto en la tecnica que el metodo de activar y/o controlar el controlador del sistema 114 puede requerir el uso de uno o mas metodos de activacion. Por ejemplo, una lente de contacto electronica o con alimentacion puede ser programable espedfica para un usuario individual, como programar una lente para reconocer los patrones de parpadeo de un individuo y las senales de los musculos ciliares de un individuo cuando realiza varias acciones, por ejemplo, enfocar en un objeto lejano, o enfocar en un objeto que esta cerca. En algunas realizaciones ejemplares, usar mas de un metodo para activar una lente de contacto electronica, como la deteccion de parpadeo y la deteccion de la senal del musculo ciliar, pueden dar la capacidad de que cada metodo se compruebe de manera cruzada con otro antes de que tenga lugar la activacion de la lente de contacto. Una ventaja de la comprobacion cruzada puede incluir la mitigacion de falsos positivos, como minimizar la posibilidad de hacer que se active involuntariamente una lente. En una realizacion ejemplar, la comprobacion cruzada puede implicar un esquema de votacion, en el que se cumplen un cierto numero de condiciones antes de que tenga lugar cualquier accion.

El accionador 112 puede comprender cualquier dispositivo adecuado para implementar una accion espedfica en base a una senal de comando recibida. Por ejemplo, si un patron de activacion de parpadeo se compara coincidente con un nivel de luz muestreado como se ha descrito anteriormente, el controlador del sistema 114 puede habilitar el accionador 112, como una lente electronica o con alimentacion optica variable. El accionador 112 puede comprender un dispositivo electrico, un dispositivo mecanico, un dispositivo magnetico, o cualquier combinacion de los mismos. El accionador 112 recibe una senal del controlador del sistema 114 ademas de la energfa de la fuente de alimentacion 110 y produce alguna accion en base a la senal del controlador del sistema 114. Por ejemplo, si la senal del controlador del sistema 114 es indicativa de que el usuario intenta enfocar un objeto cercano, el accionador 112 puede utilizarse para cambiar la potencia refractiva de la lente oftalmica electronica, por ejemplo, mediante una zona optica multi-lfquida dinamica. En una realizacion ejemplar alternativa, el controlador del sistema 114 puede emitir una senal que indica que se debe administrar un agente terapeutico al ojo(s). En esta realizacion ejemplar, el accionador 112 puede comprender una bomba y un deposito, por ejemplo, una bomba de sistema microelectromecanico (MEMS). Como se ha expuesto anteriormente, la lente con alimentacion de la presente invencion puede proporcionar varias funcionalidades; por consiguiente, uno o mas accionadores pueden configurarse de manera diversa para implementar la funcionalidad.

La Figura 3 ilustra un diagrama de transicion de estado 300 para un sistema de deteccion de parpadeo ejemplar de acuerdo con el algoritmo de deteccion de parpadeo de la presente invencion. El sistema se inicia en un estado IDLE 302 esperando que se confirme una senal de habilitacion bl_go. Cuando la senal de habilitacion de bl_go es confirmada, por ejemplo, por un oscilador y un circuito de control que pulsa bl_go a una velocidad de 100 ms proporcional a la velocidad de muestreo de parpadeo, la maquina de estados pasa luego a un estado WAIT_ADC 304 en el cual un ADC esta habilitado para convertir un nivel de luz recibido a un valor digital. El ADC confirma una senal adc_done para indicar que sus operaciones se han completado, y el sistema o la maquina de estados pasa al estado SHIFT 306. En el estado SHIFT 306, el sistema envfa el valor de salida ADC mas recientemente recibido a un registro de desplazamiento para mantener el historial de muestras de parpadeos. En algunas realizaciones ejemplares, el valor de salida de ADC se compara primero con un valor de umbral para proporcionar un unico bit (1 o 0) para el valor de muestra, para minimizar los requisitos de almacenamiento. El sistema o la maquina de estados luego pasan a un estado COMPARE 308 en el que los valores en el registro de cambio del historial de muestras se comparan con una o mas plantillas y mascaras de secuencias de parpadeo como se ha descrito anteriormente. Si se detecta una coincidencia, se pueden confirmar una o mas senales de salida, como una para cambiar el estado del controlador de la lente, bl_cp_toggle, o cualquier otra funcionalidad a ser realizada por la lente oftalmica con alimentacion. El sistema o la maquina de estados luego pasa al estado DONE 310 y confirma una senal de bl_done para indicar que sus operaciones se han completado.

La Figura 4 ilustra una ruta de senal de fotosensor o fotodetector ejemplar pd_rx_top que puede usarse para detectar y muestrear los niveles de luz recibidos. La ruta de senal pd_rx_top puede comprender un fotodiodo 402, un amplificador de transimpedancia 404, una etapa de filtrado de paso bajo y ganancia automatica 406 (AGC/LPF), y un ADC 408. La senal adc_vref se introduce en el ADC 408 desde la fuente de alimentacion 110 (ver Figura 1) o alternativamente puede proporcionarse desde un circuito dedicado dentro del convertidor de analogico a digital 408. La salida del ADC 408, adc_data, se transmite al bloque de procesamiento de senales digitales y controlador del sistema 108/114 (ver Figura 1). Aunque ilustrados en la Figura 1como bloques individuales 108 y 114, para facilitar la explicacion, el procesamiento de senales digitales y el controlador del sistema se implementan preferiblemente en un solo bloque 410. La senal de habilitacion, adc_en, la senal de inicio, adc_start y la senal de reinicio, adc_rst_n se reciben desde el procesamiento de senales digitales y el controlador del sistema 410 a la vez que se transmite la senal de completo, adc_complete. La senal de reloj, adc_clk, puede recibirse desde una fuente de reloj externa a la ruta de senal, pd_rx_top, o desde el procesamiento de senales digitales y el controlador del sistema 410. Es importante tener en cuenta que la senal adc_clk y el reloj del sistema pueden funcionar a diferentes frecuencias Tambien es importante tener en cuenta que se pueden utilizar cualquier numero de ADC diferentes de acuerdo con la presente invencion que pueden tener diferentes senales de interfaz y control pero que realizan una funcion similar de proporcionar una representacion digital muestreada de la salida de la parte analogica de la ruta de senal del fotosensor. La habilitacion de fotodeteccion, pd_en, y la ganancia de fotodeteccion, pd_gain, se reciben desde el procesamiento de senal digital y el controlador del sistema 410.

La Figura 5 ilustra un diagrama de bloques de la logica de condicionamiento digital 500 que puede usarse para reducir el valor de la senal de ADC recibida, adc_data, a un unico valor de bit pd_data. La logica de condicionamiento digital 500 puede comprender un registro digital 502 para recibir los datos, adc_data, desde la ruta de senal de fotodeteccion pd_rx_top para proporcionar un valor retenido en la senal adc_data_held. El registro digital 502 esta configurado para aceptar un nuevo valor en la senal adc_data cuando se confirma la senal adc_complete y para retener de otra manera el ultimo valor aceptado cuando se recibe la senal adc_complete. De esta manera, el sistema puede deshabilitar la ruta de senal de fotodeteccion una vez que los datos estan bloqueados para reducir el consumo de corriente del sistema. El valor de los datos retenidos puede luego promediarse, por ejemplo, mediante un promedio de integracion y volcado u otros metodos de promediado implementados en logica digital, en el circuito de generacion de umbral 504 para producir uno o mas umbrales en la senal pd_th. El valor de los datos retenidos se puede comparar, mediante el comparador 506, con uno o mas umbrales para producir un valor de datos de un bit en la senal pd_data. Se apreciara que la operacion de comparacion puede emplear histeresis o comparacion con uno o mas umbrales para minimizar el ruido en la senal de salida pd_data. La logica de acondicionamiento digital puede comprender ademas un bloque de ajuste de ganancia pd_gain_adj 508 para establecer la ganancia de la etapa de filtrado de paso bajo y ganancia automatica 406 en la ruta de la senal de fotodeteccion mediante la senal pd_gain, ilustrada en la Figura 4, de acuerdo con los valores de umbral calculados y/o de acuerdo con el valor de los datos retenidos. Es importante tener en cuenta que en esta realizacion ejemplar, las palabras de seis bits proporcionan suficiente resolucion sobre el rango dinamico para la deteccion de parpadeo a la vez que minimizan la complejidad.

En una realizacion ejemplar, el circuito de generacion de umbral 504 comprende un detector de pico, un detector de valle y un circuito de calculo de umbral. En esta realizacion ejemplar, los valores de umbral y control de ganancia pueden generarse como sigue. El detector de pico y el detector de valle estan configurados para recibir el valor retenido en la senal adc_data_held. El detector de pico esta ademas configurado para proporcionar un valor de salida, pd_pk, que sigue rapidamente los aumentos en el valor adc_data_held y decae lentamente si el valor adc_data_held disminuye. El funcionamiento es analogo al de un detector de envolvente de diodo clasico, como es bien conocido en las tecnicas electricas. El detector de valle esta ademas configurado para proporcionar un valor de salida pd_vl que rastrea rapidamente las disminuciones en el valor adc_data_held y decae lentamente a un valor mas alto si el valor adc_data_held aumenta. El funcionamiento del detector de valle tambien es analogo a un detector de envolvente de diodo, con la resistencia de descarga conectada a un voltaje de alimentacion positiva. El circuito de calculo de umbral esta configurado para recibir los valores pd_pl y pd_vl y esta configurado ademas para calcular un valor de umbral de punto medio pd_th_mid en base a una media de los valores pd_pk y pd_vl. El circuito de generacion de umbral 504 proporciona el valor de umbral pd_th en base al valor de umbral de punto medio pd_th_mid.

El circuito de generacion de umbral 504 puede adaptarse ademas para actualizar los valores de los niveles pd_pk y pd_vl en respuesta a los cambios en el valor pd_gain. Si el valor de pd_gain aumenta en un paso, entonces los valores de pd_pky pd_vl aumentan en un factor igual al aumento de ganancia esperado en la ruta de la senal de fotodeteccion. Si el valor de pd_gain disminuye en un paso, entonces los valores de pd_pk y pd_val disminuyen en un factor igual a la disminucion de ganancia esperada en la ruta de la senal de fotodeteccion. De esta manera, los estados del detector de pico y los detectores de valle, como se retienen en los valores pd_pk y pd_vl, respectivamente, y el valor umbral pd_th tal como se calcula a partir de los valores pd_pk y pd_vl se actualizan para coincidir con los cambios en la ganancia de la trayectoria de la senal, evitando de esta manera discontinuidades u otros cambios en el estado o valor resultantes solamente del cambio intencionado en la ganancia de ruta de la senal de fotodeteccion.

En una realizacion ejemplar adicional del circuito de generacion de umbral 504, el circuito de calculo de umbral puede configurarse ademas para calcular un valor de umbral pd_th_pk en base a una proporcion o porcentaje del valor pd_pk. En una realizacion ejemplar preferida, pd_th_pk puede configurarse ventajosamente para ser siete octavos del valor de pd_pk, un calculo que puede implementarse con un simple desplazamiento a la derecha de tres bits y una resta como es bien conocido en la tecnica relevante. El circuito de calculo de umbral puede seleccionar que el valor de umbral pd_th sea el menor que pd_th_mid y pd_th_pk. De esta manera, el valor pd_th nunca sera igual al valor pd_pk, incluso despues de largos periodos de luz constante incidente en el fotodiodo, que puede dar como resultado que los valores pd_pk y pd_vl sean iguales. Se apreciara que el valor pd_th_pk asegura la deteccion de un parpadeo despues de largos intervalos. El comportamiento del circuito de generacion de umbral se ilustra adicionalmente en la Figura 9, como trataremos posteriormente.

La Figura 6 ilustra un diagrama de bloques de la logica de deteccion digital 600 que puede usarse para implementar un algoritmo de deteccion de parpadeo digital ejemplar de acuerdo con una realizacion de la presente invencion. La logica de deteccion digital 600 puede comprender un registro de desplazamiento 602 adaptado para recibir los datos de la ruta de senal de fotodeteccion pd_rx_top, Figura 4, o desde la logica de condicionamiento digital, Figura 5, como se ilustra aqrn en la senal pd_data, que tiene un valor de un bit. El registro de desplazamiento 602 contiene un historial de los valores de muestra recibidos, aqrn en un registro de 24 bits. La logica de deteccion digital 600 comprende ademas un bloque de comparacion 604, adaptado para recibir el historial de muestras y una o mas plantillas de parpadeo bl_tpl y mascaras de parpadeo bl_mask, y esta configurada para indicar una coincidencia con una o mas plantillas y mascaras en una o mas senales de salida que pueden ser retenidas para su uso posterior. La salida del bloque de comparacion 604 se bloquea a traves de un flip-flop D 606. La logica de deteccion digital 600 puede comprender ademas un contador 608 u otra logica para suprimir comparaciones sucesivas que pueden estar en el mismo historial de muestra establecido en pequenos desplazamientos debido a operaciones de enmascaramiento. En una realizacion ejemplar preferida, el historial de muestras se borra o restablece despues de que se encuentra una coincidencia positiva, requiriendo de este modo, que se muestree una nueva secuencia de parpadeo coincidente completa antes de poder identificar una coincidencia posterior. La logica de deteccion digital 600 puede comprender ademas una maquina de estados o un circuito de control similar para proporcionar las senales de control a la ruta de la senal de fotodeteccion y el ADC. En algunas realizaciones ejemplares, las senales de control pueden ser generadas por una maquina de estados de control que esta separada de la logica de deteccion digital 600. Esta maquina de estados de control puede ser parte del procesamiento de senales digitales y el controlador del sistema 410.

La Figura 7 ilustra un diagrama de tiempo de las senales de control proporcionadas desde un subsistema de deteccion de parpadeo a un ADC 408 (Figura 4) usado en una ruta de senal de fotodeteccion. Las senales de habilitacion y reloj adc_en, adc_rst_n y adc_clk se activan al inicio de una secuencia de muestra y continuan hasta que se completa el proceso de conversion de analogico a digital. En una realizacion ejemplar, el proceso de conversion de ADC se inicia cuando se proporciona un pulso en la senal adc_start. El valor de salida del ADC se retiene en una senal adc_data y la finalizacion del proceso se indica mediante la logica del convertidor de analogico a digital en una senal adc_complete. Tambien se ilustra en la Figura 7 la senal pd_gain que se utiliza para establecer la ganancia de los amplificadores antes del ADC. Esta senal se muestra como configurada antes del tiempo de calentamiento para permitir que la polarizacion del circuito analogico y los niveles de senal se estabilicen antes de la conversion.

La Figura 8 ilustra un controlador de sistemas digital 800 que comprende un subsistema de deteccion de parpadeo digital dig_blink 802. El subsistema de deteccion de parpadeo digital dig_blink 802 puede controlarse por una maquina de estados maestra dig_master 804 y puede adaptarse para recibir senales de reloj desde un generador de reloj clkgen 806 externo al controlador del sistema digital 800. El subsistema de deteccion de parpadeo digital dig_blink 802 puede adaptarse para proporcionar senales de control y recibir senales de un subsistema de fotodeteccion como se ha descrito anteriormente. El subsistema de deteccion de parpadeo digital dig_blink 802 puede comprender logica de condicionamiento digital y logica de deteccion digital como se ha descrito anteriormente, ademas de una maquina de estados para controlar la secuencia de operaciones en un algoritmo de deteccion de parpadeo. El subsistema de deteccion de parpadeo digital dig_blink 802 puede adaptarse para recibir una senal de habilitacion desde la maquina de estados maestra 804 y para proporcionar una indicacion de finalizacion o de realizado y una indicacion de deteccion de parpadeo de vuelta a la maquina de estados maestra 804.

La Figura 9 proporciona formas de onda, Figuras 9A-9G, para ilustrar el funcionamiento del circuito de generacion de umbral y el control de ganancia automatico (Figura 5). La Figura 9A ilustra un ejemplo de fotocorriente en funcion del tiempo que podna proporcionarse por un fotodiodo en respuesta a niveles de luz variables. En la primera parte de la grafica, el nivel de luz y la fotocorriente resultante son relativamente bajos en comparacion con la segunda parte del grafico. En tanto la primera parte como en la segunda parte del grafico, se observa un doble parpadeo para reducir la luz y la fotocorriente. Tener en cuenta que la atenuacion de la luz por parte del parpado puede no ser del 100%, sino un valor mas bajo dependiendo de las propiedades de transmision del parpado para las longitudes de onda de la luz incidente en el ojo. La Figura 9B ilustra el valor adc_data_held que se captura en respuesta a la forma de onda de fotocorriente de la Figura 9A. Para simplificar, el valor adc_data_held se ilustra como una senal analogica continua en lugar de una serie de muestras digitales discretas. Se apreciara que los valores de muestra digitales corresponderan al nivel ilustrado en la Figura 9B en los tiempos de muestra correspondientes. Las lmeas discontinuas en la parte superior e inferior del grafico indican los valores maximo y mmimo de las senales adc_data y adc_data_held. El rango de valores entre el mmimo y el maximo tambien se conoce como el rango dinamico de la senal adc_data. Como se trata a continuacion, la ganancia de la ruta de la senal de fotodeteccion es diferente (inferior) en la segunda parte del grafico. En general, el valor adc_data_held es directamente proporcional a la fotocorriente, y los cambios de ganancia solo afectan a la radon o la constante de proporcionalidad. La Figura 9C ilustra los valores pd_pk, pd_vl y pd_th_mid calculados en respuesta al valor adc_data_held por el circuito de generacion de umbral. La Figura 9D ilustra los valores pd_pk, pd_vl y pd_th_pk calculados en respuesta al valor adc_data_held en algunas realizaciones ejemplares del circuito de generacion de umbral. Tener en cuenta que el valor pd_th_pk siempre es una proporcion del valor pd_pk. La Figura 9E ilustra el valor adc_data_held con los valores pd_th_mid y pd_th_pk. Tener en cuenta que durante penodos de tiempo largos en los que el valor adc_data_held es relativamente constante, el valor pd_th_mid se vuelve igual al valor adc_data_held ya que el valor pd_vl decae al mismo nivel. El valor pd_th_pk siempre permanece algo por debajo del valor adc_data_held. Tambien se ilustra en la Figura 9E la seleccion de pd_th donde el valor pd_th se selecciona para ser el mas bajo de pd_th_pk y pd_th_mid. De esta manera, el umbral siempre se establece a cierta distancia del valor pd_pk, evitando transiciones falsas en pd_data debido al ruido en las senales de fotocorriente y adc_data. La Figura 9F ilustra el valor pd_data generado al comparar el valor adc_data_held con el valor pd_th. Tener en cuenta que la senal pd_data es una senal de dos valores que es baja cuando esta teniendo lugar un parpadeo. La Figura 9G ilustra un valor de tia_gain frente al tiempo para estas formas de onda de ejemplo. El valor de tia_gain se establece mas bajo cuando pd_th comienza a exceder un umbral alto que se muestra como agc_pk_th en la Figura 9E. Se apreciara que un comportamiento similar tiene lugar para aumentar tia_gain cuando pd_th comienza a caer por debajo de un umbral bajo. Mirando de nuevo la segunda parte de cada una de las Figuras 9A a 9E el efecto del tia_gain menor es claro. En particular, tener en cuenta que el valor adc_data_held se mantiene cerca de la mitad del rango dinamico de las senales adc_data y adc_data_held. Ademas, es importante tener en cuenta que los valores pd_pk y pd_vl se actualizan de acuerdo con el cambio de ganancia descrito anteriormente de tal manera que se evitan las discontinuidades en los estados y valores del detector de pico y valle debido unicamente a los cambios en la ganancia de la ruta de la senal de fotodeteccion.

La Figura 10 ilustra las caractensticas de bloqueo de luz y paso de luz ejemplares en una matriz de circuito integrado 1000. La matriz de circuito integrado 1000 comprende una region de paso de luz 1002, una region de bloqueo de luz 1004, almohadillas de union 1006, aberturas de pasivacion 1008 y aberturas de capa de bloqueo de luz 1010. La region de paso de luz 1002 esta localizada sobre los fotosensores (no ilustrados), por ejemplo, una serie de fotodiodos implementados en el proceso de semiconductores. En una realizacion ejemplar preferida, la region de paso de luz 1002 permite que tanta luz como sea posible alcance los fotosensores maximizando de este modo la sensibilidad. Esto se puede hacer eliminando el polisilicio, metal, oxido, nitruro, poliimida y otras capas por encima de los fotorreceptores, segun lo permitido en el proceso de semiconductores utilizado para la fabricacion o en el procesamiento posterior. El area de paso de luz 1002 tambien puede recibir otro procesamiento especial para optimizar la deteccion de luz, por ejemplo, un revestimiento, filtro y/o difusor antirreflectante. La region de bloqueo de luz 1004 puede cubrir otros circuitos en la matriz que no requieren exposicion a la luz. El rendimiento de los otros circuitos puede ser degradado por las fotocorrientes, por ejemplo, cambiando los voltajes de polarizacion y las frecuencias del oscilador en los circuitos de corriente ultra baja requeridos para la incorporacion en lentes de contacto, como se ha mencionado anteriormente. La region de bloqueo de luz 1004 esta formada preferentemente con un material delgado, opaco, reflectante, por ejemplo, aluminio o cobre ya utilizado en el procesamiento y posprocesamiento de discos de semiconductores. Si se implementa con metal, el material que forma la region de bloqueo de la luz 1004 debe estar aislado de los circuitos que se encuentran debajo y las almohadillas de union 1006 para evitar condiciones de cortocircuitos. Tal aislamiento puede ser proporcionado por la pasivacion ya presente en la matriz como parte de la pasivacion de discos normal, por ejemplo, oxido, nitruro y/o poliimida, o con otro dielectrico anadido durante el posprocesamiento. El enmascaramiento permite aberturas en la capa de bloqueo de la luz 1010, de tal manera que el metal de bloqueo de la luz conductor no se superponga con las almohadillas de union en la matriz. La region de bloqueo de luz 1004 esta cubierta con dielectrico o pasivacion adicional para proteger la matriz y evitar cortocircuitos durante la union de la matriz. Esta pasivacion final tiene aberturas de pasivacion 1008 para permitir la conexion con las almohadillas de union 1006..

La Figura 11 ilustra una lente de contacto ejemplar con un inserto electronico que comprende un sistema de deteccion de parpadeo de acuerdo con las presentes realizaciones (invencion). La lente de contacto 1100 comprende una parte de plastico blando 1102 que comprende un inserto electronico 1104. Este inserto 1104 incluye una lente 1106 que se activa mediante electronica, por ejemplo, enfocando cerca o lejos dependiendo de la activacion. El circuito integrado 1108 se monta en el inserto 1104 y se conecta a las batenas 1110, la lente 1106 y los otros componentes segun sea necesario para el sistema. El circuito integrado 1108 incluye un fotosensor 1112 y circuitos de rutas de senal del fotodetector asociados. El fotosensor 1112 esta orientado hacia afuera a traves del inserto de la lente y se aleja del ojo, y puede por tanto recibir luz ambiental. El fotosensor 1112 puede implementarse en el circuito integrado 1108 (como se muestra), por ejemplo como un unico fotodiodo o conjunto de fotodiodos. El fotosensor 1112 tambien puede implementarse como un dispositivo separado montado en el inserto 1104 y conectado con las trazas de cableado 1114. Cuando el parpado se cierra, el inserto de lente 1104 que incluye el fotodetector 1112 esta cubierto, reduciendo de esta manera el nivel de luz incidente en el fotodetector 1112. El fotodetector 1112 puede medir la luz ambiental para determinar si el usuario esta parpadeando o no.

Realizaciones adicionales del algoritmo de deteccion de parpadeo pueden permitir una mayor variacion en la duracion y el espaciado de la secuencia de parpadeo, por ejemplo, sincronizando el inicio de un segundo parpadeo en base al tiempo de finalizacion medido de un primer parpadeo en lugar de usando una plantilla fija o ampliando la intervalos de la mascara "no importa" (valores 0).

Se apreciara que el algoritmo de deteccion de parpadeo puede implementarse en logica digital o en software ejecutando en un microcontrolador. La logica del algoritmo o el microcontrolador pueden implementarse en un unico circuito integrado de aplicacion espedfica, ASIC, con circuitos de ruta de senal de fotodeteccion y un controlador del sistema, o puede dividirse en mas de un circuito integrado.

Es importante tener en cuenta que el sistema de deteccion de parpadeo de la presente invencion tiene usos mas amplios que para el diagnostico de la vision, la correccion de la vision y la mejora de la vision. Estos usos mas amplios incluyen la utilizacion de deteccion de parpadeo para controlar una amplia variedad de funcionalidades para personas con discapacidades ffsicas. La deteccion de parpadeo se puede configurar en el ojo o fuera del ojo.

De acuerdo con otra realizacion ejemplar, la presente invencion esta dirigida a una lente oftalmica con alimentacion o electronica que tiene un sensor de diametro de la pupila orientado hacia atras. El tamano de las pupilas y sus cambios, concretamente, la dilatacion y la constriccion, pueden utilizarse para controlar uno o mas aspectos de la lente de contacto electronica o con alimentacion. En otras palabras, las senales que salen del sensor de la pupila pueden introducirse en un controlador del sistema que a su vez realiza una accion espedfica en base a la entrada y envfa una senal a un accionador para implementar una funcion espedfica. Ademas, la informacion detectada puede utilizarse para evaluar condiciones medicas.

El iris es la division entre las camaras anterior y posterior del ojo. El iris esta formado por dos musculos que regulan la abertura central del mismo, comunmente conocida como la pupila. De manera similar al obturador de una camara, la pupila, a traves de las acciones de los dos musculos, controla la cantidad de luz que entra en el ojo. El tamano de la pupila vana con la edad, el color del iris y el error de refraccion si lo hay; sin embargo, una serie de otros factores pueden afectar al tamano de las pupilas en cualquier momento dado.

Las pupilas pueden dilatarse por el uso de ciertos agentes, por ejemplo, un farmaco cicloplegico como la atropina. Las pupilas pueden dilatarse como resultado de la paralisis del tercer nervio craneal. La pupila puede estar dilatada y fijada para dirigir la estimulacion de la luz y la estimulacion de la luz consensual despues del glaucoma agudo de angulo estrecho. Alternativamente, las pupilas pueden contraerse debido al uso de medicamentos para el glaucoma como la pilocarpina. Otros farmacos, por ejemplo, la morfina, causan la contraccion de las pupilas. Ademas, ciertas afecciones, como la iritis, la interrupcion de las vfas simpaticas del ojo y las lesiones irritativas de la cornea tambien pueden causar contraccion de las. El hippus es una dilatacion y contraccion espasmodica, ntmica, pero irregular de las pupilas y puede ser indicativo de una serie de afecciones.

Las influencias psfquicas externas, como la sorpresa, el miedo y el dolor, tambien hacen que las pupilas se dilaten. La luz tenue hace que las pupilas se dilaten, mientras que la luz brillante hace que las pupilas se contraigan. Ademas, cuando un individuo enfoca un objeto cercano, por ejemplo, leyendo un libro, las pupilas convergen y se contraen ligeramente en lo que se conoce comunmente como el reflejo acomodativo. Por consiguiente, dado que se sabe que ciertos factores provocan una reaccion pupilar espedfica en ojos por lo demas sanos, la deteccion de la reaccion de las pupilas puede utilizarse como un medio de control. Por ejemplo, si la contraccion de la pupila se detecta sola o en combinacion con convergencia, entonces el controlador del sistema puede enviar una senal a un accionador para cambiar el estado de una optica de potencia variable incorporada en la lente de contacto con alimentacion.

En referencia ahora a la Figura 12, se ilustra una lente de contacto con alimentacion con un sensor de diametro de la pupila. La lente de contacto 1200 se coloca en el ojo 1201 de un individuo. El iris del ojo 1201 se muestra en dos niveles de diametro, contrafdo 1203 y dilatado 1205. La lente de contacto 1200 cubre una parte del ojo 1201 que incluye el iris. La lente de contacto 1200 comprende un primer sensor de diametro de la pupila ejemplar 1202 y un componente electronico 1204. La lente de contacto 1200 puede comprender otros dispositivos, no mostrados.

El sensor de diametro de la pupila ejemplar 1202 se coloca preferiblemente en la lente de contacto 1200 por encima del iris. Como se ilustra, el sensor de diametro de la pupila 1202 es una tira delgada que cubre todos los diametros de pupila posibles lo que le permite detectar todos los niveles de diametro de la pupila. Si se implementa como una tira, como en esta realizacion ejemplar, la tira es preferiblemente delgada y transparente, para no interrumpir la luz incidente en el ojo 1201. En una realizacion ejemplar, el sensor de diametro de la pupila 1202 comprende un conjunto de fotodetectores que estan orientados hacia atras en o hacia el iris. Dependiendo del diametro de la pupila, los sensores a varias distancias del centro del iris detectaran la diferente luz reflejada. Por ejemplo, cuando el iris esta dilatado, la mayona de los sensores pueden detectar poca luz debido a la pupila grande oscura. A la inversa, cuando el iris esta contrafdo, la mayona de los sensores pueden detectar una luz mas alta debido a la reflexion del iris. Debe apreciarse que, para tal sensor, puede ser necesario considerar el nivel de luz ambiental y el color del irisen el diseno del sistema, por ejemplo, por una programacion y/o calibracion por usuario. Dicho sensor de luz ambiental se implementa como un fotosensor orientado hacia adelante para complementar los sensores orientados hacia atras del sensor de diametro de la pupila 1202. Para minimizar la interrupcion de la zona optica delante del ojo, en una realizacion ejemplar, el sensor de diametro de la pupila 1202 puede implementarse usando conductores transparentes como oxido de indio-estano y fotosensores de silicio delgados pequenos.

En una realizacion ejemplar alternativa, el sensor de diametro de la pupila 1202 puede implementarse como un conjunto de sensores colocados alrededor del iris para maximizar la cobertura en oposicion a solo una tira lineal. Se debe tener en cuenta que son posibles otras configuraciones ffsicas para maximizar el rendimiento, el costo, la comodidad, la aceptacion y otras metricas.

El sensor de diametro de la pupila 1202 puede integrarse con otros componentes electronicos, puede funcionar por sf mismo, o puede conectarse a otro dispositivo, como una parte del controlador del componente electronico 1204. En esta realizacion ejemplar, el controlador del sistema muestrea el sensor de diametro de la pupila 1202 y, dependiendo de los resultados del sensor de diametro de la pupila 1202, puede activar otro componente en el sistema (no mostrado). Por ejemplo, el controlador puede activar una lente de enfoque variable. Una fuente de alimentacion (no mostrada) suministra corriente al sensor de diametro de la pupila 1202, al controlador, y a otros componentes del sistema oftalmico electronico. A continuacion se proporciona una descripcion mas detallada.

Tal sistema puede requerir no solo detectores como los ilustrados y descritos, sino tambien emisores (no mostrados). Dichos emisores pueden, por ejemplo, comprender diodos emisores de luz adaptados a los fotosensores del sensor de diametro de la pupila 1202. Alternativamente, los emisores pueden comprender transductores ultrasonicos piezoelectricos acoplados a receptores ultrasonicos en el sensor de diametro de la pupila 1202. En otra realizacion ejemplar mas, los sensores y los emisores pueden crear un sistema de deteccion de impedancia, por ejemplo, pasando una senal de corriente baja a traves del ojo y midiendo los cambios en el voltaje a traves del ojo.

La Figura 13 ilustra una lente de contacto con un sensor de diametro de la pupila ejemplar alternativo. La lente de contacto 1300 se coloca en el ojo 1301 de un individuo. El iris del ojo 1301 se muestra en dos niveles de diametro, contrafdo 1303 y dilatado 1305. La lente de contacto 1300 cubre una parte del ojo 1301, incluyendo el iris. En lugar de la tira o el conjunto de detectores que cubren parcialmente la pupila como se ha descrito anteriormente e ilustrados en la Figura 12, el sistema en la Figura 13 coloca el sensor o sensores de diametro de la pupila 1302 fuera del diametro maximo de la pupila 1305 pero todavfa dentro de la lente de contacto 1300. Esta configuracion es beneficiosa porque no se produce una obstruccion de la zona optica debido al sensor de diametro de la pupila 1302. El sensor o sensores de diametro de la pupila 1302 puede, por ejemplo, comprender una antena de bobina de giro simple o multiple. Dicha antena puede recibir radiacion electromagnetica del ojo cuando los musculos que controlan el iris se contraen y relajan. Es bien conocido en la tecnica relevante que la actividad muscular y neural del ojo puede detectarse a traves de cambios en las emisiones electromagneticas, por ejemplo con electrodos de contacto, sensores capacitivos, y antenas. De esta manera, se puede implementar un sensor de diametro de la pupila basado en un sensor muscular. El sensor de diametro de la pupila 1302 tambien puede implementarse como uno o mas electrodos de contacto o capacitivos disenados para medir la impedancia a traves del ojo. Similar a otros sistemas propuestos que usan cambios en la impedancia para determinar la actividad del musculo ciliar en el ojo, y por lo tanto un deseo de cambiar el estado focal, la impedancia puede usarse para detectar cambios en el diametro de la pupila. Por ejemplo, la impedancia medida a traves del iris y la pupila puede cambiar apreciablemente dependiendo del diametro de la pupila. Un sensor de diametro de la pupila 1302 colocado en la localizacion apropiada en el ojo y acoplado apropiadamente al ojo podna detectar estos cambios en la impedancia y por lo tanto el diametro de la pupila. La lente de contacto 1300 tambien puede comprender un componente electronico 1304 como se ha descrito anteriormente.

La Figura 14 ilustra un sistema electronico ejemplar 1400 para controlar los sensores de diametro de la pupila, como se ilustra en las Figuras 12 y 13, recibir informacion de ellos, y cambiar el estado de un accionador. El sensor de diametro de la pupila 1402 comprende uno o mas de los sensores de diametro de la pupila como se han descrito anteriormente, por ejemplo, fotosensores, antenas o sensores de impedancia. En esta realizacion ejemplar ilustrada, todos los emisores necesarios para implementar o mejorar el rendimiento de los sensores estan incluidos en el elemento 1402 por simplicidad. El elemento 1402 puede comprender multiples sensores, o multiples bloques de sensores como el 1402, quizas implementado en diferentes tecnologfas y metodos de sensores. El elemento 1404 es una interfaz entre el sensor 1402 y un controlador del sistema digital 1406. Mostrado en un elemento 1404, para simplificar, esta parte del sistema es responsable de activar el sensor 1402, recibir informacion del mismo, convertir de analogico a digital, amplificar, filtrar, procesar, y cualquier otra funcion necesaria. Puede comprender uno o mas de multiplexores, amplificadores operacionales, amplificadores diferenciales, amplificadores de transimpedancia, convertidores de analogico a digital (ADC), procesadores de senales digitales (DSP), filtros y otros dispositivos como se conoce en la tecnica de procesamiento de senales. La salida del elemento de acondicionamiento de senal 1404 es una senal compuesta por datos del sensor que se introducen en el controlador del sistema 1406. El controlador del sistema 1406 considera las entradas del sensor de diametro de la pupila 1402 y determina si es necesario un cambio de estado para el accionador 1408. Este accionador 1408 puede servir para cualquiera de una serie de funciones, por ejemplo, cambiar el estado de una lente de enfoque variable o la transmision de un filtro delante del ojo. El controlador del sistema 1406 puede considerar entradas de multiples sensores 1402 y puede activar multiples accionadores 1408. Se puede incluir un transceptor 1410 en el sistema para enviar y recibir datos desde dispositivos externos, por ejemplo, una segunda lente de contacto montada en el ojo adyacente, lentes para gafas, un telefono inteligente u otro dispositivo. Dicha comunicacion tiene lugar a traves de una antena 1412, quizas una antena electromagnetica o una combinacion de sensor de diodo emisor de luz/fotodiodo. Una fuente de alimentacion 1414, que puede comprender una batena o un colector de energfa, alimenta el sistema.

Es importante tener en cuenta que la comunicacion con un dispositivo en el otro ojo, asf como con lentes y sensores externos, puede ser preferible para descartar ciertas condiciones que pueden actuar como falsos desencadenantes para la accion. Por ejemplo, si solo se dilata una pupila, esto podna indicar un problema en lugar de simplemente poca luz.

De acuerdo con una realizacion ejemplar, un sistema de comunicacion digital comprende una serie de elementos que, cuando se implementan, pueden adoptar cualquiera de una serie de formas. El sistema de comunicacion digital generalmente comprende una fuente de informacion, un codificador de fuente, un codificador de canal, un modulador digital, un canal, un demodulador digital, un decodificador de canal y un decodificador de fuente.

La fuente de informacion puede comprender cualquier dispositivo que genere informacion y/o datos que se requieran por otro dispositivo o sistema. La fuente puede ser analogica o digital. Si la fuente es analogica, su salida se convierte en una senal digital que comprende una cadena binaria. El codificador de fuente implementa un proceso de conversion eficiente de la senal de la fuente en una secuencia de dfgitos binarios. La informacion del codificador de origen se pasa luego a un codificador de canal donde se introduce la redundancia en la secuencia de informacion binaria. Esta redundancia se puede utilizar en el receptor para superar los efectos del ruido, interferencia y similares encontrados en el canal. La secuencia binaria se pasa luego a un modulador digital que a su vez convierte la secuencia en senales electricas analogicas para su transmision a traves del canal. Esencialmente, el modulador digital mapea las secuencias binarias en formas de onda de senal o sfmbolos. Cada sfmbolo puede representar el valor de uno o mas bits. El modulador digital puede modular una fase, frecuencia o amplitud de una senal portadora de alta frecuencia apropiada para la transmision sobre o a traves del canal. El canal es el medio a traves del cual se desplazan las formas de onda, y el canal puede introducir interferencias u otras corrupciones en las formas de onda. En el caso del sistema de comunicacion inalambrico el canal es la atmosfera. El demodulador digital recibe la forma de onda corrompida por el canal, la procesa y reduce la forma de onda a una secuencia de numeros que representan, lo mas cerca posible, los sfmbolos de datos transmitidos. El decodificador de canal reconstruye la secuencia de informacion original a partir del conocimiento del codigo utilizado por el codificador de canal y la redundancia en los datos recibidos. El decodificador de origen decodifica la secuencia a partir del conocimiento del algoritmo de codificacion, en el que la salida del mismo es representativa de la senal de informacion de la fuente.

Es importante tener en cuenta que los elementos descritos anteriormente pueden realizarse en hardware, en software o en una combinacion de hardware y software. Ademas, el canal de comunicacion puede comprender cualquier tipo de canal, incluyendo cableado e inalambrico. En el inalambrico, el canal puede configurarse para senales electromagneticas de alta frecuencia, senales electromagneticas de baja frecuencia, senales de luz visible y senales de luz infrarroja.

La Figura 15 ilustra la luz ambiental 1502 y el diametro de la pupila 1504 trazados frente al tiempo en el eje x, ilustrando como las diferencias entre estas dos cantidades medidas podnan usarse para activar un dispositivo oftalmico electronico como una lente de contacto. Durante el primer penodo 1501, el nivel de luz ambiental 1502 esta aumentando, mientras que el diametro de la pupila 1504 esta disminuyendo. La luz ambiental y el diametro de la pupila pueden detectarse como se ha descrito anteriormente, por ejemplo, mediante un fotodiodo orientado hacia adelante y un sensor de impedancia orientado hacia atras, respectivamente. Como suele ser el caso, a medida que aumenta la luz ambiental en el penodo de tiempo 1501, el diametro de la pupila disminuye. Esta es una reaccion comun que tiene lugar para mantener una intensidad de luz relativamente constante en la retina reduciendo la apertura del iris. En el penodo de tiempo 1503, el nivel de luz ambiental 1502 continua primero aumentando y luego se nivela. Sin embargo, el diametro de la pupila 1504 se contrae mas rapidamente que en el penodo de tiempo anterior. Esta no es la correlacion clasica entre la luz ambiental y el diametro de la pupila. Esta respuesta puede estar provocada por una respuesta de angulo estrecho de la pupila, tal vez a un libro que se mantiene cerca, frente a la respuesta de gran angular de un detector de luz ambiental. De esta manera, puede detectarse un cambio en la respuesta del diametro de la pupila y usarse para activar una funcion en un dispositivo oftalmico electronico. En el penodo de tiempo 1505, la luz ambiental 1502 continua plana, sin embargo, el diametro de la pupila 1504 se dilata o aumenta. De nuevo, esto puede estar provocado por una respuesta espedfica en el ojo, por ejemplo, el reflejo de acomodacion. En el penodo de tiempo 1507 hay de nuevo una diferencia entre el nivel de luz ambiental 1502, que comienza nivelado y luego disminuye, y el diametro de la pupila 1504 que permanece plano. De nuevo, esto puede usarse para detectar ciertas respuestas en el ojo y desencadenar cambios en el funcionamiento de un dispositivo oftalmico electronico. Finalmente, en el penodo temporal 1509 se observa de nuevo la respuesta clasica de manera similar a la mostrada en el penodo temporal 1501. A medida que disminuye el nivel de luz ambiental 1502, el diametro de la pupila 1504 se dilata para dejar que entre mas luz.

Las actividades del bloque de acondicionamiento de senales y del controlador del sistema (1404 y 1406 en la Figura 14, respectivamente) dependen de las entradas de sensor disponibles, el entorno y las reacciones del usuario, por ejemplo, el nivel de luz ambiental y el diametro de la pupila, como se ilustra en la Figura 15. Las entradas, las reacciones y los umbrales de decision pueden determinarse a partir de uno o mas de los algoritmos de investigacion oftalmologica, preprogramacion, capacitacion, y adaptacion/aprendizaje. Por ejemplo, las caractensticas generales de la dilatacion de la pupila frente a la luz ambiental pueden estar bien documentadas en la bibliograffa, aplicables a una amplia poblacion de usuarios y pre-programadas en el controlador del sistema 1406. Sin embargo, las desviaciones de un individuo de la respuesta general esperada, por ejemplo Las desviaciones ilustradas en los penodos temporales 1503, 1505 y 1507 de la Figura 15, puede registrarse en una sesion de capacitacion o formar parte de un algoritmo adaptativo/de aprendizaje que continua refinando la respuesta en el funcionamiento del dispositivo oftalmico electronico. En una realizacion ejemplar, el usuario puede capacitar el dispositivo activando un fob manual, que se comunica con el dispositivo, cuando el usuario desea enfocar de cerca. Un algoritmo de aprendizaje en el dispositivo puede entonces referenciar las entradas del sensor en la memoria antes y despues de la senal fob para refinar los algoritmos de decision internos. Este penodo de capacitacion podna durar un dfa, despues de lo cual el dispositivo funcionana autonomamente con solo entradas de sensores y no requerina el fob.

Debe apreciarse que el diametro de la pupila solo puede usarse para desencadenar cambios en una lente oftalmica electronica, por ejemplo, aumentando o disminuyendo la transmision de una lente de transmision variable delante del ojo, o el diametro de la pupila puede combinarse con uno o mas entradas para cambiar el estado de un dispositivo oftalmico electronico.

Tambien debe apreciarse que un dispositivo que utiliza tal sensor no puede cambiar de estado de manera visible para el usuario; mas bien, el dispositivo puede simplemente registrar datos. Por ejemplo, tal sensor podna usarse para determinar si un usuario tiene la respuesta del iris apropiada durante un dfa o si existe una condicion medica problematica.

En una realizacion ejemplar, la electronica y las interconexiones electronicas se realizan en la zona periferica de una lente de contacto en lugar de en la zona optica. De acuerdo con una realizacion ejemplar alternativa, es importante tener en cuenta que el posicionamiento de la electronica no necesita estar limitado a la zona periferica de la lente de contacto. Todos los componentes electronicos descritos en la presente pueden fabricarse utilizando tecnologfa de pelfcula delgada y/o materiales transparentes. Si se utilizan estas tecnologfas, los componentes electronicos pueden colocarse en cualquier localizacion adecuada siempre que sean compatibles con la optica.

Aunque se ha mostrado y descrito lo que se cree que son las realizaciones mas practicas y preferidas, es evidente que seran sugeridas por sf mismas desviaciones de los disenos y metodos espedficos descritos y mostrados a los expertos en la materia y pueden usarse sin apartarse del alcance de la invencion. La presente invencion no esta restringida a las construcciones particulares descritas e ilustradas, sino que debe interpretarse que se cohesionan con todas las modificaciones que puedan caer dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (12)

REIVINDICACIONES

1. Una lente oftalmica con alimentacion, la lente oftalmica con alimentacion comprendiendo:

una lente de contacto que incluye una zona optica y una zona periferica;

un sistema sensor de diametro de la pupila orientado hacia atras incorporado en la lente de contacto para medir el diametro de la pupila, el sistema sensor de diametro de la pupila incluyendo por lo menos un sensor; un fotosensor orientado hacia delante adaptado para detectar la luz ambiental;

un controlador del sistema (1406) asociado operativamente con el por lo menos un sensor y con el fotosensor orientado hacia adelante y configurado para determinar el diametro de la pupila y emitir una senal de control en base al diametro de la pupila, y por lo menos un accionador (1408) configurado para recibir la senal de control de salida e implementar una funcion predeterminada.

2. La lente oftalmica con alimentacion de acuerdo con la Reivindicacion 1, en la que por lo menos un sensor comprende una tira delgada montada a traves de la zona optica de tal manera que pueda detectar pupilas totalmente contrafdas y totalmente dilatadas.

3. La lente oftalmica con alimentacion de acuerdo con la Reivindicacion 2, en la que la tira delgada comprende un conjunto de fotosensores montados para estar orientados hacia el iris del ojo.

4. La lente oftalmica con alimentacion de acuerdo con la Reivindicacion 3, en la que el conjunto de fotosensores comprende fotosensores transparentes.

5. La lente oftalmica con alimentacion de acuerdo con la Reivindicacion 3, en la que el conjunto de fotodetectores comprende fotosensores de silicio fino.

6. La lente oftalmica con alimentacion de acuerdo con la Reivindicacion 1, en la que por lo menos un sensor comprende un conjunto de sensores individuales colocados alrededor del penmetro de la zona optica.

7. La lente oftalmica con alimentacion de acuerdo con la Reivindicacion 6, en la que el conjunto de sensores individuales comprende fotosensores.

8. La lente oftalmica con alimentacion de acuerdo con la Reivindicacion 1, en la que el sensor de dilatacion de la pupila comprende ademas un procesador de senales configurado para recibir senales de por lo menos un sensor, realizar el procesamiento de senales digitales, y enviar una o mas senales al controlador del sistema.

9. La lente oftalmica con alimentacion de acuerdo con la Reivindicacion 8, en la que el procesador de senales comprende una memoria asociada.

10. La lente oftalmica con alimentacion de acuerdo con la Reivindicacion 1, en la que el sistema sensor de diametro de la pupila comprende una fuente de alimentacion.

11. La lente oftalmica con alimentacion de acuerdo con la Reivindicacion 1, en la que por lo menos un sensor comprende un sensor de impedancia.

12. La lente oftalmica con alimentacion de acuerdo con la Reivindicacion 1, en la que por lo menos un sensor comprende un sensor de actividad neuromuscular.