JP2017040913A - 開眼プロンプト及びデータロギングを備えた閉眼センサを有する電子眼用レンズ - Google Patents

Abstract

【課題】着用者の眠気又は睡眠の始まりのうち少なくとも１つを判断する、電子システムを備える眼用レンズ用の瞼位置センサシステムを提供する。【解決手段】瞼位置センサシステムは、眼用レンズ１００内に組み込まれた電子システムの一部である。電子システムは、電源１１０、電力管理回路構成、１つ又は２つ以上のセンサ１０２、クロック生成回路構成、制御アルゴリズム及び回路構成、並びに警告メカニズム１１２を含む。瞼位置センサシステムは、瞼の位置を判断し、この情報を使用して着用者が眠っているか起きているかを判断するのに利用される。【選択図】図１

Description

本発明は、電動又は電子眼用レンズに関し、より具体的には、瞼の位置を検出するためのセンサ並びに関連するハードウェア及びソフトウェアを有する電動又は電子眼用レンズに関する。

電子デバイスが小型化され続けるにつれて、様々な用途向けの装着型又は埋込み型デバイスを作成する傾向がより一層高まっている。かかる用途としては、生体の化学反応を監視する態様、自動、測定値に対する反応、又は外部制御信号に対する反応を含む、様々なメカニズムを介した薬物若しくは治療薬の制御された投与量の投与、並びに器官又は組織の能力の増強を挙げることができる。かかるデバイスの例としては、ブドウ糖注入ポンプ、ペースメーカー、除細動器、補助人工心臓、及び神経刺激器が挙げられる。特に有用な新たな応用分野は、眼科用装着型レンズ及びコンタクトレンズである。例えば、装着型レンズは、目の能力を増強又は向上させる、電子式可変焦点を有するレンズアセンブリを組み込んでもよい。別の例では、可変焦点の有無にかかわらず、装着型コンタクトレンズは、前角膜（涙膜）における特定の化学物質の濃度を検出する電子センサを組み込んでもよい。埋込み型電子部品をレンズアセンブリで使用することによって、電子部品との通信、電子部品に電力供給及び／又は再通電する方法、電子部品の相互接続、内部及び外部の感知及び／又は監視、並びに電子部品及びレンズの機能全体の制御が潜在的に必要となる。

ヒトの目は、数百万種類の色を識別し、移り変わる光の条件に合わせて簡単に調節し、高速インターネット接続を上回る速度で信号又は情報を脳に送信する能力を有する。コンタクトレンズ及び眼内レンズなどのレンズは、現在、近視（近眼）、遠視（遠眼）、老視、及び乱視などの視覚障害を矯正するのに利用されている。しかしながら、追加の構成要素を組み込んだ適切に設計されているレンズが、視力の向上並びに視覚障害の矯正に利用されてもよい。

コンタクトレンズは、近視、遠視、乱視、並びに他の視力障害の矯正に利用されてもよい。コンタクトレンズはまた、着用者の目の自然な外観を向上させるのに利用されてもよい。コンタクトレンズ又は「コンタクト」は、単に目の前面に置かれるレンズである。コンタクトレンズは、医療用デバイスと見なされ、視覚の矯正及び／又は美容若しくは他の治療を理由として着用されてもよい。コンタクトレンズは、１９５０年代以降、視力を改善するために商用的に利用されてきた。初期のコンタクトレンズは、硬質材料から作成又は製作され、比較的高価で壊れやすかった。それに加えて、これら初期のコンタクトレンズは、コンタクトレンズを通して結膜及び角膜まで十分に酸素を透過させることができず、そのことによって潜在的に多数の臨床上の副作用を引き起こす可能性がある材料から製作されていた。これらのコンタクトレンズは依然として使用されているが、最初の快適性が低いため、全ての患者に適してはいない。その後のこの分野における発展によって、ハイドロゲル系のソフトコンタクトレンズがもたらされ、今日では非常に一般的で広く利用されている。具体的には、今日利用可能なシリコーンハイドロゲルコンタクトレンズは、酸素透過性が非常に高いというシリコーンの利益を、既に明らかとなっているハイドロゲルの快適性及び臨床的性能とを組み合わせている。本質的に、これらのシリコーンハイドロゲル系コンタクトレンズは、高い酸素透過性を有し、一般に、初期の硬質材料で作られたコンタクトレンズよりも着用時の快適性が高い。

従来のコンタクトレンズは、上記に簡潔に述べた様々な視力の問題を矯正する、特定の形状を有するポリマー構造である。機能性の向上を図るには、これらのポリマー構造に様々な回路及び構成要素を統合する必要がある。例えば、制御回路、マイクロプロセッサ、通信デバイス、電源装置、センサ、アクチュエータ、発光ダイオード、及び小型アンテナを、特別に設計された光電子素子を介してコンタクトレンズに統合して、視力を矯正するだけでなく、視力を向上させると共に、本明細書に説明するような追加の機能性を提供してもよい。電子及び／又は電動眼用レンズは、拡大縮小能力を介して、又は単にレンズの屈折能力を修正することによって、視力を向上させるように設計されてもよい。電子及び／又は電動コンタクトレンズは、色及び解像度の向上、テキスト情報の表示、リアルタイムでの音声から字幕への変換、ナビゲーションシステムによる視覚的合図の提示、並びに画像処理及びインターネットアクセスの提供のために設計されてもよい。レンズは、着用者が低光量条件で見ることができるように設計されてもよい。適切に設計された電子部品、及び／又はレンズ上における電子部品の配置によって、可変焦点光学レンズを用いることなく、画像を例えば網膜上に投射することが可能になり、新規な画像表示を提供してもよい。これらの機能若しくは類似の機能のいずれかの代わりに、又はそれらに加えて、コンタクトレンズは、着用者のバイオマーカー及びヘルスインジケータを非侵襲的に監視する構成要素を組み込んでもよい。例えば、レンズに内蔵されたセンサは、血液を採取する必要なく涙膜の成分を分析することによって、糖尿病患者が血糖レベルを定期的にチェックするのを可能にしてもよい。それに加えて、適切に構成されたレンズは、コレステロール、ナトリウム、及びカリウムのレベル、並びに他の生物学的マーカーを監視するセンサを組み込んでもよい。これを、無線データ送信器と連結することによって、医師が患者の血液成分にほぼ即時にアクセスすることが可能となり、患者が検査機関に赴いて血液を採取するために時間を浪費する必要がなくなる。それに加えて、レンズに内蔵されたセンサを利用して、眼に入射する光を検出することにより、周辺光条件を補償するか、又は瞬きのパターンを調べるのに使用することができる。

デバイスの適切な組み合わせによって、潜在的に無制限の機能性をもたらすことができるが、光学グレードの一片のポリマー上に余分な構成要素を組み込むことに伴う、多数の困難が存在する。一般に、多数の理由から、かかる構成要素をレンズ上に直接製造するのは困難であり、非平面の表面上に平面のデバイスを取り付け、相互接続することも困難である。縮尺通りに製造することも困難である。レンズ上又はレンズ内に置かれる構成要素は、小型化し、わずか１．５平方センチメートルの透明ポリマー上に統合する一方で、構成要素を目の上の液状環境から保護する必要がある。また、追加の構成要素の厚さが加わるため、コンタクトレンズを着用者にとって快適かつ安全にすることも困難である。

コンタクトレンズなどの眼用デバイスに面積及び体積上の制約があること、また、それが利用される環境を所与として、デバイスを物理的に実現するためには、その大半が光学用プラスチックを含む非平面の表面上に多数の電子構成要素を取り付け、相互接続することを含む、多数の課題を克服しなければならない。したがって、機械的及び電気的に堅牢な電子コンタクトレンズを提供することが必要とされている。

電動レンズが存在するので、電子部品を稼働させるためのエネルギー消費、より詳しくは電流消費は、眼用レンズの規模での電池技術を所与とした場合の懸念事項である。通常の電流消費に加えて、この性質の電動デバイス又はシステムは、一般に、潜在的に広範囲の動作パラメータにわたる動作、並びに潜在的に数年間アイドル状態のままだった後に一回の充電で例えば１８時間のバースト消費を確保するための、待機電流の予備、精密な電流制御、及び切換え能力を要する。したがって、必要な電力を提供しながら、低コストで長時間信頼できるサービス、安全性、及びサイズに関して最適化された、システムが必要とされている。

それに加えて、電動レンズと関連する機能性の複雑性、及び電動レンズを構成する全ての構成要素間の高度な相互作用のため、電動眼用レンズを構成する電子部品及び光学素子の全体的な動作を調整及び制御することが必要とされている。したがって、安全で低コストで信頼性が高く、電力消費率が低く、かつ眼用レンズに組み込むための拡張性を有する、全ての他の構成要素の動作を制御するシステムが必要とされている。

電動又は電子眼用レンズは、電動又は電子眼用レンズを利用する個人による特定の固有の生理学的機能を明らかにしなければならないことがある。より具体的には、電動レンズは、例えば個人がうとうとしている場合の、所与の期間内における瞬きの回数、瞬きの継続時間、瞬きの間の時間、及び任意の数の可能な瞬きのパターンを含む、瞬きを明らかにしなければならないことがある。瞬き検出はまた、特定の機能性を提供するのに利用されてもよく、例えば、瞬きは、電動眼用レンズの１つ又は２つ以上の態様を制御する手段として利用されてもよい。それに加えて、光強度レベルの変化、及びヒトの瞼が遮る可視光の量などの外部因子を、瞬きを判断する際に明らかにしなければならない。例えば、部屋が５４〜１６１ルクスの照明レベルを有する場合、光センサは、ヒトが瞬きをしたときにおこる光強度の変化を検出するのに十分な感度であるべきである。

周辺光ンサ又は光センサは、多くのシステム及び製品で、例えば室内灯にしたがって明るさを調節するためにテレビで、日没時にスイッチを入れるために電灯で、またスクリーンの明るさを調節するために電話で利用されている。しかしながら、これらの現在利用されているセンサシステムは、コンタクトレンズに組み込むには、十分に小さいものではなく、かつ／又は電力消費が十分に少なくない。

また、異なるタイプの瞬き検出器が、目（片目若しくは両目）に向けられたコンピュータビジョンシステム、例えばコンピュータ向けにデジタル化されたカメラに実装されてもよいことに注目することが重要である。コンピュータ上で稼働するソフトウェアは、目の開閉などの視覚パターンを認識することができる。これらのシステムは、診断目的及び研究のため、眼用臨床設備で利用されてもよい。上述の検出器及びシステムとは異なり、これらのシステムは、目から外して使用するためのものであり、目から視線を逸らすのではなく目を見るためのものである。これらのシステムは、コンタクトレンズに組み込むのに十分に小さいものではないが、利用されるソフトウェアは、電動コンタクトレンズと併せて働くソフトウェアと類似していてもよい。いずれかのシステムが、入力から学習し、自身の出力を適宜調節する、人工神経網のソフトウェア実装を組み込んでもよい。あるいは、統計学、他の適応アルゴリズム、及び／又は信号処理を組み込んだ生物学に基づかないソフトウェア実装が、スマートシステムを作り出すのに利用されてもよい。

例えばトラック運転手、警備員、勤務中の軍人など、作業者の意識があり覚醒していることを要する、多種多様な職業がある。作業者が勤務を行っているときに眠ってしまった場合、生産性が落ち、潜在的な問題に結び付くであろう。これらの職業の多くでは、作業者が勤務を行っている間は移動性を有していることが求められ、そのため、固定式の監視システムはこれらの作業者を監視するのには実用的でない。更に、勤務外の時間に規制された量の睡眠を要する多くの職業があり、それらの睡眠量は、作業者の睡眠を自動的に記録させてより良好な記録を提供する代わりに、作業者によって手作業で記録される。

したがって、閉瞼又は瞬きの長さなどの特定の生理学的機能を検出し、それらを利用して、センサによって検出される瞬きシーケンスのタイプにしたがって、電子又は電動眼用レンズの作動及び／又は制御を行う手段並びに方法が必要とされている。利用されるセンサは、コンタクトレンズで使用するようにサイズ決めし構成することが求められている。それに加えて、ユーザの瞼の位置を検出することが求められている。瞼位置センサを使用して、ユーザが眠っていることを検出する、例えば、ユーザを眠らせないように適切な警告を始動させることができる。瞼の位置を検出する既存のシステムが存在するが、それらは、目及び瞼の反射に依存する、カメラ画像装置、画像認識、及び赤外線エミッタ／検出器の対などのデバイスに限定されている。瞼の位置を検出する既存のシステムは、眼鏡又は臨床環境の使用にも依存しており、コンタクトレンズ内には簡単に包含されない。

本発明による瞼位置センサを有する電子眼用レンズは、上記に簡潔に記載した従来技術と関連する限定事項を克服する。この瞼位置センサは、既存の目に面する検出システムに関して一般的であるような臨床環境又は眼鏡を必要とする代わりに、コンタクトレンズに組み込まれてもよい。瞼位置センサは、コンタクトレンズで使用するのに適切なサイズ及び電力消費量のものである。また、着用者が眠っているか又は起きているかを判断するのに必要な情報を出力する。

１つの態様によれば、本発明は電動眼用レンズを対象とする。電動眼用レンズは、コンタクトレンズと、コンタクトレンズに組み込まれた瞼位置センサシステムであって、瞼位置センサシステムが、瞼の位置を検出する、互いから垂直方向に離隔された複数の個別のセンサ及び連続する圧力及び／又は容量センサのうち少なくとも１つを有するセンサアレイと、センサアレイの個別のセンサをそれぞれサンプリングして、瞼の位置を検出し、出力制御信号を提供するように構成されたシステムコントローラと、出力制御信号を受信し、着用者の警告及び／又は着用者の睡眠に関するデータの記録という所定の機能を実施するように構成された、少なくとも１つの警告メカニズムと、を含む、瞼位置センサシステムとを備える。少なくとも一実施形態では、コンタクトレンズは、光学部と、電気構成要素が位置する周辺部とを含む。代替実施形態では、瞼位置センサシステムは、複数の個別のセンサの代わりにストリップセンサを含む。

更に別の態様によれば、本発明は電動眼用レンズを対象とする。電動眼用レンズは、眼内レンズと、眼内レンズに組み込まれた瞼位置センサシステムであって、瞼位置センサシステムが、瞼の位置を検出する、互いから垂直方向に離隔された複数の個別のセンサを有するセンサアレイと、センサアレイの個別のセンサをそれぞれサンプリングして、瞼の位置を検出し、出力制御信号を提供するように構成されたシステムコントローラと、出力制御信号を受信し、着用者の警告及び／又は着用者の睡眠に関するデータの記録という所定の機能を実施するように構成された、少なくとも１つの警告メカニズムと、を含む、瞼位置センサシステムとを備える。

少なくとも一実施形態では、電動眼用レンズは、コンタクトレンズと、コンタクトレンズに組み込まれた瞼位置センサシステムであって、瞼位置センサシステムが、瞼の位置を検出する、互いから垂直方向に離隔された複数の個別のセンサを有するセンサアレイと、センサアレイの個別のセンサをそれぞれサンプリングして、瞼の位置を検出し、出力制御信号を提供するように構成されたシステムコントローラと、出力制御信号を受信するように構成されると共に、睡眠及び眠気の始まりのうち少なくとも１つを示す、ある時間にわたって瞼が閉じていたというシステムコントローラによる判断に反応して、警告を提供すること及びデータを記憶することのうち少なくとも１つを行うことができる、少なくとも１つの警告メカニズムと、を含む、瞼位置センサシステムとを備える。この実施形態に加えて、警告メカニズムは、警告としてレンズの着用者の網膜及びレンズ自体のうち少なくとも１つの上に光を提供する、レンズ上に位置決めされた光源、警告としてレンズの着用者の目を振動させるトランスデューサ、角膜表面、及び角膜の少なくとも１つの知覚神経のうち少なくとも１つを刺激するように構成された電気シミュレータ、並びにコンタクトレンズの光学部の光学部修正を提供する構成要素のうち少なくとも１つを含む。このパラグラフの他の実施形態に加えて、レンズは、警告メカニズムと通信しており、警告メカニズムから受信した警告に反応して、外部のデバイスに通知を送信するように構成された、少なくとも１つの電子通信構成要素を更に含む。このパラグラフの他の実施形態に加えて、レンズはクロックを更に含み、警告メカニズムは、システムコントローラによる睡眠の始まりの判断に反応して睡眠の開始を記憶すると共に、システムコントローラによる着用者の目覚めの判断に反応して睡眠の終了を記憶する、関連するメモリを含み、警告メカニズムは、睡眠の開始及び睡眠の終了と共にクロックからのタイムスタンプを記憶するように構成されている。上述の実施形態に加えて、レンズは、メモリ及びクロックに接続された少なくとも１つの電子通信構成要素を更に含み、少なくとも１つの電子通信構成要素は、記憶されたデータに対する外部からの問い合わせに反応して、メモリからのデータ及びクロックからのタイムスタンプを取得するように構成されている。このパラグラフの他の実施形態に加えて、システムコントローラは、システムコントローラによって受信された状態入力に基づく少なくとも２つの状態のうち１つで動作し、少なくとも２つの状態は覚醒中動作状態及び睡眠中動作状態を含み、少なくとも２つの状態は、システムコントローラによる睡眠の始まりの検出に基づいて警告が提供されるか否かについて、少なくとも１つの警告メカニズムの動作を制御する。このパラグラフの他の実施形態に加えて、複数の個別のセンサは、目に入射する光を検出する光センサを含み、瞼位置センサシステムは、複数の入力を光センサから受信し、単一の信号を出力するように構成されたマルチプレクサと、増幅器からのアナログ信号を更なる信号処理のためにサンプリングされたデジタル信号に変換するように構成されたアナログデジタル変換器と、アナログデジタル変換器からの出力を受信し、下流で使用するために入射光の検出を可能にする、サンプリングされたデータのフィルタリング、処理、及び検出のうち１つ又は２つ以上を含む、デジタル信号処理を行うように構成されたデジタル信号プロセッサとを更に含む。先行する実施形態に加えて、デジタル信号プロセッサは、着用者の命令に反応して判断されるレンズの動作状態に基づいて、デジタル信号プロセッサが使用するための瞬きテンプレート及び瞬きマスクの２つの組を記憶する、関連するメモリを含む。このパラグラフの他の実施形態に加えて、レンズは電源装置を更に含む。このパラグラフの他の実施形態に加えて、複数の個別のセンサは、接触又は近接を検出し、それを示す信号を出力する容量式タッチセンサを含み、センサシステムは、下流で使用するために容量に比例する信号を出力するセンサコンディショナを更に含む。先行する実施形態に加えて、瞼位置センサシステムは、センサコンダクタから複数の入力を受信し、単一の信号をシステムコントローラに出力するように構成されたマルチプレクサを更に含む。このパラグラフの他の実施形態に加えて、瞼位置センサシステムは、複数の対の電動コンタクトレンズ間で作用を協調させる通信チャネルを更に含む。このパラグラフの他の実施形態に加えて、レンズは、眼球運動を追跡する少なくとも１つの加速度計を有し、システムコントローラが少なくとも１つの加速度計をサンプリングして瞳孔の位置を検出するようにシステムコントローラと通信する、瞳孔位置システムを更に含み、システムコントローラは、瞳孔の位置及び瞼の位置の両方を使用して、睡眠及び眠気の始まりのうち少なくとも１つを判断する。

少なくとも一実施形態では、電動眼用レンズは、コンタクトレンズと、コンタクトレンズに組み込まれた瞼位置センサシステムであって、瞼位置センサシステムが、瞼の位置を検出する、長さに沿って複数の垂直点を有する少なくとも１つのセンサストリップと、センサアレイの個別のセンサをそれぞれサンプリングして、瞼の位置を検出し、出力制御信号を提供するように構成されたシステムコントローラと、出力制御信号を受信するように構成されると共に、睡眠及び眠気の始まりの少なくとも１つを示す、ある時間にわたって瞼が閉じていたというシステムコントローラによる判断に反応して、警告を提供すること及びデータを記憶することのうち少なくとも１つを行うことができる、少なくとも１つの警告メカニズムと、を含む、瞼位置センサシステムとを備える。先行する実施形態に加えて、警告メカニズムは、警告としてレンズの着用者の網膜及びレンズ自体のうち少なくとも１つの上に光を提供する、レンズ上に位置決めされた光源と、警告としてレンズの着用者の目を振動させるトランスデューサと、角膜表面、及び角膜の少なくとも１つの知覚神経のうち少なくとも１つを刺激するように構成された電気シミュレータと、コンタクトレンズの光学部の光学部修正を提供するトランスデューサと、のうち少なくとも１つを含む。このパラグラフの他の実施形態に加えて、レンズはクロックを更に含み、警告メカニズムは、システムコントローラによる睡眠の始まりの判断に反応して睡眠の開始を記憶すると共に、システムコントローラによる着用者の目覚めの判断に反応して睡眠の終了を記憶する、関連するメモリを含み、警告メカニズムは、睡眠の開始及び睡眠の終了と共にクロックからのタイムスタンプを記憶するように構成されている。

少なくとも一実施形態では、電動眼用レンズは、眼内レンズと、眼内レンズに組み込まれた瞼位置センサシステムであって、瞼位置センサシステムが、瞼の位置を検出する複数の個別のセンサを有するセンサアレイと、センサアレイの個別のセンサをそれぞれサンプリングして、瞼の位置を検出して着用者の眠気及び睡眠の始まりのうち少なくとも１つを検出し、出力制御信号を提供するように構成されたシステムコントローラと、出力制御信号を受信するように構成された、少なくとも１つの警告メカニズムとを含む。

少なくとも一実施形態では、作業者が眠っていることを示す、所定の時間にわたって作業者の瞼が閉じていることの検出に反応して作業者を目覚めさせる、メカニズムを提供することが有利になる。更なる実施形態では、システムは、一般的な瞬きパターン又は作業者によって提供されている瞬きの命令の指示とは異なる、検出された閉瞼パターンに基づいて、睡眠に陥ろうとしていることを作業者に警告するメカニズムを含む。

本発明は、眼瞼又は瞼位置センサを組み込んでもよい、電動又は電子眼用レンズに関する。瞬き反射及び涙拡散作用を含む多数の方法で、瞼が眼球を保護することは既知である。瞼の瞬き反射は、目に対する脅威を察知するとすぐに閉じることによって、眼球への外傷を防ぐ。瞬きはまた、涙を眼球表面にわたって拡散させて、眼球表面の潤いを保ち、細菌及び他の異物を洗い流す。しかしながら、瞼の動きは、他の作用又は機能目的も示すことがある。瞼位置センサは、電子眼用レンズを着用している個人が眠りに落ちる恐れがあることをその個人に警告するのに利用されてもよい。

本発明は、より一般に、可変焦点光学部品が含まれる場合にそれを作動させることを含む、任意の数の機能を実行する、電子システムを備える電動コンタクトレンズに関する。電子システムは、１つ又は２つ以上の電池又は他の電源、電力管理回路構成、１つ又は２つ以上のセンサ、クロック生成回路構成、制御アルゴリズム及び回路構成、並びにレンズドライバ回路構成を含む。

電動眼用レンズの制御は、手持ち式の遠隔ユニットなど、無線でレンズと通信する手動操作式の外部のデバイスを通して遂行されてもよい。あるいは、電動眼用レンズの制御は、着用者からの直接のフィードバック又は制御信号を介して遂行されてもよい。例えば、レンズに内蔵されたセンサは、瞬き及び／又は瞬きパターンを検出してもよい。瞬きのパターン又はシーケンスに基づいて、電動眼用レンズは、例えば、覚醒中動作状態と睡眠中動作状態との間で、動作状態を変更してもよい。あるいは、センサは、例えば、圧力センサ、リードスイッチ、塩分濃度センサ、バイオセンサ、及びレンズが挿入されていることを示す信号を提供する容量センサを含んでもよい。

瞬き検出アルゴリズムは、瞬きの特性、例えば瞼が開いているか若しくは閉じているか、瞬きの開瞼若しくは閉瞼の継続時間、瞬きの間の継続時間、及び所与の期間における瞬きの回数を検出する、システムコントローラの構成要素である。本発明によるアルゴリズムは、特定のサンプル速度で目に入射する光をサンプリングすることに依存する。所定の瞬きパターンが記憶され、入射光サンプルの最近の履歴と比較される。パターンが合致すると、瞬き検出アルゴリズムはシステムコントローラの活動を始動させ、例えば特定の動作状態へと切り換える。

本発明の瞬き検出アルゴリズム及び関連する回路構成は、好ましくは適度に広範囲の照明条件にわたって動作し、また好ましくは、意図的な瞬きシーケンス又は閉瞼を不随意の瞬きと区別することができる。また、意図的な瞬きを利用して電動眼用レンズの作動及び／又は制御に要するトレーニングは最小限であることが好ましい。本発明の瞬き検出アルゴリズム及び関連する回路構成は、電動又は電子眼用レンズの作動又は制御のうち少なくとも１つのため、電動又は電子コンタクトレンズを介して瞬きを検出する、安全で低コストで信頼性が高く、更に電力消費率が低く、かつ眼用レンズに組み込むための拡張性を有する、手段及び方法を提供する。

本発明は、眼瞼又は瞼位置センサを組み込んだ電動又は電子眼用レンズも対象とする。

本発明の上述及び他の特徴と利点は、添付図面に例証されるような、本発明の好ましい実施形態の以下のより詳しい記載から明白となるであろう。
本発明のいくつかの実施形態による瞬き検出システムを備えるコンタクトレンズを示す図である。 本発明による、様々な光強度レベルで記録された可能な不随意の瞬きパターン対時間、及び最大光強度レベルと最小光強度レベルとの間のある地点に基づく使用可能な閾値レベルを示す、目の表面に入射する光対時間を表すグラフである。 本発明による瞬き検出システムの状態遷移図である。 本発明による、受信した光信号を検出しサンプリングするのに利用される光検出経路を表す図である。 本発明によるデジタル協調ロジックを示すブロック図である。 本発明によるデジタル検出ロジックを示すブロック図である。 本発明によるタイミング図である。 本発明によるデジタルシステムコントローラを表す図である。 本発明によるデジタルシステムコントローラを表す図である。 本発明による自動利得制御のためのタイミング図である。 本発明による自動利得制御のためのタイミング図である。 本発明による自動利得制御のためのタイミング図である。 本発明による自動利得制御のためのタイミング図である。 本発明による自動利得制御のためのタイミング図である。 本発明による自動利得制御のためのタイミング図である。 本発明による自動利得制御のためのタイミング図である。 本発明による集積回路ダイ上の光遮断領域及び光通過領域を表す図である。 本発明による電動コンタクトレンズのための瞬き検出器を含む電子インサートを表す図である。 本発明による瞼位置センサを表す図である。 本発明による瞼位置センサを表す図である。 本発明による２つの目の間で動作を同期させる通信チャネルを有する２つの瞼位置センサを表す図である。 本発明による、瞼の位置を検出するためのコンタクトレンズに組み込んだ電子システムを表す図である。 図１４Ａの電子システムの拡大図である。 本発明による瞼位置センサからの出力を表す図である。 本発明による、瞼の位置を検出するためのコンタクトレンズに組み込んだ別の電子システムを表す図である。 図１６Ａの電子システムの拡大図である。 本発明による瞼位置検出システムを表す図である。 本発明による瞼位置検出システムを表す図である。 本発明による瞼位置検出システムを表す図である。 図１７Ａ〜図１７Ｃの電子システムの拡大図である。 本発明による、コンタクトレンズに組み込んだ瞳孔位置及び収縮検出システムを表す図である。 図１８Ａの例示の瞳孔位置及び収縮検出システムの拡大図である。 目の上にＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸を重ねた図である。 本発明による、２つ以上のセンサの出力に基づいて作動が決定される、複数のセンサ、システムコントローラ、及び警告メカニズムを有する一般的なシステムを示すブロック図である。 本発明による、センサ入力に基づいて警告メカニズムの状態を変更すべきかをシステムコントローラが判断する方法を示すフローチャートである。 本発明の少なくとも一実施形態による記憶装置ボックスを示すブロック図である。

従来のコンタクトレンズは、上記に簡潔に述べた様々な視力の問題を矯正する、特定の形状を有するポリマー構造である。機能性の向上を達成するため、様々な回路及び構成要素がこれらのポリマー構造に統合されてもよい。例えば、制御回路、マイクロプロセッサ、通信デバイス、電源装置、センサ、警告メカニズム、発光ダイオード、及び小型アンテナを、特別に設計された光電子素子を介してコンタクトレンズに統合して、視力を矯正するだけでなく、視力を向上させると共に、本明細書に説明するような追加の機能性を提供してもよい。電子及び／又は電動コンタクトレンズは、拡大縮小能力を介して、又は単にレンズの屈折能力を修正して、視力の向上を提供してもよい。電子及び／又は電動コンタクトレンズは、色及び解像度の向上、テキスト情報の表示、リアルタイムでの音声から字幕への変換、ナビゲーションシステムによる視覚的合図の提示、並びに画像処理及びインターネットアクセスの提供のために設計されてもよい。レンズは、着用者が低光量条件で物を見ることができるように設計されてもよい。適切に設計された電子部品及び／又はレンズ上における電子部品の配置によって、画像を網膜上に投射することが可能になってもよく、例えば、可変焦点光学レンズを用いずに、新規な画像表示が提供され、更には起床の警告が提供されてもよい。それに加えて、レンズに内蔵されたセンサは、目に入射する光を検出して、周辺光条件を補償するか、又は瞬きパターンの判断、及び着用者が寝ているか起きているかの判断に使用されてもよい。

本発明の電動又は電子コンタクトレンズは、上述した視覚障害の１つ又は２つ以上を有する患者の視力を矯正及び／又は向上するか、あるいは別の形で有用な眼科機能を行うのに必須の要素を備える。それに加えて、電子コンタクトレンズは、単に正常な視力を向上するか、又は上述したような多種多様な機能性を提供するのに利用されてもよい。電子コンタクトレンズは、コンタクトレンズに埋め込まれるか、又は任意の好適な機能性を与えるためにレンズなしで電子部品を単純に埋め込んだ、組立式前面光学部品である、可変焦点光学レンズを備えてもよい。本発明の電子レンズは、上述したような任意の数のコンタクトレンズに組み込まれてもよい。それに加えて、眼内レンズにも、本明細書に記載するような様々な構成要素及び機能性を組み込んでもよい。しかしながら、説明を簡単にするため、本開示では、単回使用で一日使い捨て向けの視力障害を矯正する電子コンタクトレンズに注目することとする。

本発明は、実行されてもよい任意の数の多数の機能を実施するように構成された、可変焦点光学部品又は他の任意の１つ又は２つ以上のデバイスを作動させる電子システムを備える、電動眼用レンズ又は電動コンタクトレンズで採用されてもよい。電子システムは、１つ又は２つ以上の電池又は他の電源、電力管理回路構成、１つ又は２つ以上のセンサ、クロック生成回路構成、制御アルゴリズム及び回路構成、並びにレンズドライバ回路構成を含む。これらの構成要素の複雑性は、レンズの必要な又は所望の機能性に応じて変動することがある。あるいは、コンタクトレンズは、単に着用者の眠気及び／又は睡眠を監視してもよい。

電子又は電動眼用レンズの制御は、手持ち式の遠隔ユニットなど、レンズと通信する手動で操作される外部のデバイスを通して遂行されてもよい。例えば、フォブは、着用者による手動入力に基づいて、電動レンズと無線通信してもよい。あるいは、電動眼用レンズの制御は、着用者からの直接のフィードバック又は制御信号を介して遂行されてもよい。例えば、レンズに内蔵されたセンサは、瞬き、瞬きパターン、及び／又は閉瞼を検出してもよい。瞬きのパターン又はシーケンスに基づいて、電動眼用レンズは、動作状態を、例えば、レンズの動作状態又は着用者による睡眠を検出するその動作状態を変更してもよい。更なる代替例は、着用者が電動眼用レンズの動作に対して制御を何ら有さないというものである。

瞬き検出アルゴリズムは、例えば、瞼が開いているか閉じているか、瞬きの継続時間、瞬きの間隔の継続時間、所与の期間における瞬きの回数、及び閉瞼の長さという、瞬きの特性を検出するシステムコントローラの構成要素である。本発明によるアルゴリズムは、特定のサンプル速度で目に入射する光をサンプリングすることに依存する。所定の瞬きパターンが記憶され、入射光サンプルの最近の履歴と比較される。パターンが合致すると、瞬き検出アルゴリズムはシステムコントローラの活動を始動させ、例えば、レンズドライバを作動させてレンズの屈折力を変更するか、又はレンズの動作状態を変更する。瞬き検出アルゴリズムは更に、所定の瞬きパターンと、眠気又は睡眠の始まりが起こっていることと関連する瞼の動きとを区別する。

瞬きは、瞼の迅速な開閉であり、目の必須機能である。瞬きは目を異物から保護し、例えば個人は、物体が不意に目の近傍に現れたときに瞬きする。瞬きは、涙を拡散させることによって、目の前面全体に潤滑をもたらす。瞬きはまた、目から汚染物質及び／又は刺激源を除去する役割を果たす。通常、瞬きは自動的に行われるが、刺激源の場合は外部刺激が寄与することがある。しかしながら、瞬きは意図的であることもあり、例えば、言語又は仕草を用いてコミュニケーションを図ることができない個人が、「はい」の場合は一度瞬きし、「いいえ」の場合は二度瞬きすることができる。本発明の瞬き検出アルゴリズム及びシステムは、通常の瞬き反応と混同し得ない瞬きパターンを利用する。換言すれば、瞬きが行動を制御する手段として利用される場合、所与の行動に対して選択された特定のパターンが不規則に生じる可能性はないが、別の形で偶発的な行動が起こることがある。瞬きの速度及び／又は頻度は、疲労、集中、倦怠、目の怪我、投薬、及び疾患を含む、多数の要因による影響を受けることがあるので、制御目的の瞬きパターンは、好ましくは、瞬きに影響を与えるこれら及び他の任意の変数を明らかにする。不随意の瞬きの平均長さは、約１００〜４００ミリ秒の範囲である。平均的な成人男性及び女性は、一分当たり不随意の瞬き１０回の速度で瞬きし、不随意の瞬き間の平均時間は約０．３〜７０秒である。瞼の動きはまた、瞼がある期間にわたって閉じようとする一般的な傾向を有する眠気、又は瞼がある期間にわたって閉じられて着用者が眠っていることを示すなど、他の条件を示すことがある。

瞬き検出アルゴリズムの一実施形態は、次の工程で要約することができる。
１．ユーザが積極的な瞬き検出を実行するか、又は睡眠の始まりを表す、意図的な「瞬きシーケンス」を定義する。
２．瞬きシーケンスの検出及び不随意の瞬きの排除と一貫する速度で、入ってくる光のレベルをサンプリングする。
３．サンプリングした光のレベルを、瞬きテンプレート値によって定義されるような予期される「瞬きシーケンス」と比較する。
４．任意に、遷移の付近など、比較中に無視すべきテンプレートの部分を示す、瞬き「マスク」シーケンスを提供する。これにより、レンズの作動、制御、焦点変更のうち１つ又は２つ以上が起こり得る、プラス又はマイナス１のエラーウィンドウなど、ユーザが所望の「瞬きシーケンス」から逸脱することが可能になってもよい。それに加えて、これにより、ユーザが瞬きシーケンスのタイミングを変動させることが可能になってもよい。

瞬きシーケンスは次のように定義されてもよい。
１．瞬き（閉眼）０．５ｓ
２．開眼０．５ｓ
３．瞬き（閉眼）０．５ｓ

１００ｍｓのサンプリング速度で、２０回のサンプル瞬きテンプレートが次式によって与えられる。
ｂｌｉｎｋ＿ｔｅｍｐｌａｔｅ＝［１，１，１，０，０，０，０，０，１，１，１，１，０，０，０，０，０，１，１］

瞬きマスクは、遷移直後のサンプル（０からサンプルの除去又は無視まで）を除去するように定義され、次式によって与えられる。
ｂｌｉｎｋ＿ｍａｓｋ＝［１，１，１，０，１，１，１，１，０，１，１，１，１，０，１，１，１，１，０，１］

任意に、より大きいタイミングの不確定性を許容するため、より広い遷移領域が除去されてもよく、次式によって与えられる。
ｂｌｉｎｋ＿ｍａｓｋ＝［０，０，０，０，０，１，１，１，０，１，１，１，１，０，１，１，１，１，０，１］

代替パターン、例えば単一の長い瞬き、この場合はサンプル２４個のテンプレートを用いる１．５ｓの瞬きが実施されてもよく、次式によって与えられる。
ｂｌｉｎｋ＿ｔｅｍｐｌａｔｅ＝［１，１，１，１，０，０，０，０，０，０，０，０，０，０，０，０，０，０，０，１，１，１，１，１］

更なる代替パターン、この場合はサンプル２４個のテンプレートを用いた２．４ｓの瞬き（若しくは睡眠のために目が閉じられている）が、睡眠を示すものとして実施されてもよく、次式によって与えられる。
ｂｌｉｎｋ＿ｔｅｍｐｌａｔｅ＝［０，０，０，０，０，０，０，０，０，０，０，０，０，０，０，０，０，０，０，０，０，０，０，０］

代替実施形態では、このｂｌｉｎｋ＿ｔｅｍｐｌａｔｅはｂｌｉｎｋ＿ｍａｓｋを伴わずに使用される。

上述の例は例証のためのものであり、特定のデータセットを表すものではないことに注目することが重要である。

検出は、サンプルの履歴をテンプレート及びマスクと論理的に比較することによって実施されてもよい。論理的動作は、テンプレート及びサンプル履歴のシーケンスの排他的ＯＲ（ＸＯＲ）をビット単位で行い、次に、除去されなかった全ての履歴のビットがテンプレートと一致することを検証する。例えば、上述の瞬きマスクサンプルに示したように、値が論理１である瞬きマスクのシーケンスの各位置において、瞬きは、シーケンスのその位置における瞬きマスクテンプレートと一致していなければならない。しかしながら、値が論理０である瞬きマスクのシーケンスの各位置において、瞬きは、シーケンスのその位置における瞬きマスクテンプレートと必ずしも一致しなくてもよい。例えば、ＭＡＴＬＡＢ（登録商標）でコード化されているような、次のブールアルゴリズム方程式が利用されてもよい。
ｍａｔｃｈｅｄ＝ｎｏｔ（ｂｌｉｎｋ＿ｍａｓｋ）｜ｎｏｔ（ｘｏｒ（ｂｌｉｎｋ＿ｔｅｍｐｌａｔｅ，ｔｅｓｔ＿ｓａｍｐｌｅ））
式中、ｔｅｓｔ＿ｓａｍｐｌｅはサンプル履歴である。一致した値は、瞬きテンプレート、サンプル履歴、及びｂｌｉｎｋ＿ｍａｓｋと同じ長さのシーケンスである。一致したシーケンスが全て論理１である場合、良好な一致が生じている。それを分解すると、ｎｏｔ（ｘｏｒ（ｂｌｉｎｋ＿ｔｅｍｐｌａｔｅ，ｔｅｓｔ＿ｓａｍｐｌｅ））は、各不一致に対して論理０、各一致に対して論理１を与える。反転したマスクで論理和をとる（ｌogic oring）と、一致したシーケンスの各位置が強制的に論理１になり、マスクは論理０になる。したがって、瞬きマスクテンプレートにおいて値が論理０として指定される位置が多いほど、ヒトの瞬きに関してより広い誤差の範囲が許容される。ＭＡＴＬＡＢ（登録商標）は、数値計算、可視化、及びプログラミングのための高級言語及び実装であり、マサチューセッツ州ナティック（Natick, Massachusetts）のマスワークス社（MathWorks）の製品である。また、瞬きマスクテンプレートにおける論理０の数が多いほど、予期又は意図される瞬きパターンに一致する偽陽性の可能性が大きくなることに注目することも重要である。多種多様な予期又は意図される瞬きパターンは、一度に１つ又は２つ以上をアクティブにしてデバイスにプログラミングされてもよく、少なくとも一実施形態では、特定の瞬きパターンが特定の動作状態で使用されるように、その使用を制御することが認識されるべきである。より具体的には、複数の予期又は意図される瞬きパターンが、同じ目的又は機能性に対して、又は異なる若しくは代替の機能性を実施するのに利用されてもよい。例えば、１つの瞬きパターンは、少なくとも睡眠中動作状態と覚醒中動作状態との間で動作状態を、レンズによって変更させるのに利用されてもよい。少なくとも一実施形態の瞬き検出はまた、連続的な瞬きとして検出されるであろう、瞼が閉じたままである場合、瞬きが起こった後にセンサの一部分が瞼によって覆われるときなど、部分的瞬き又は一連の部分的瞬きとして検出されるであろう、瞼が睡眠のために閉じる動きの軌跡を有する場合、並びに、注視位置及び／又は頭部のうなだれの確認を伴って若しくは伴わずに、上瞼及び／又は下瞼の定常状態位置がその通常の定常状態から変化したものとして検出されるであろう、瞼の下垂を、検出することができる。

着用者が居眠りしているかを判断する方法の一例は、瞬き期間の幅及び開瞼期間の幅の長さを追跡することによる。あるいは、部分的な開瞼の期間の幅も、開瞼期間の幅に加えて、又はその代わりに追跡される。一般的に、瞬きと開瞼との比は１：１５〜１：２２となるが、着用者が眠りに近付くにつれて、瞬き期間の幅の長さが増加し、一方で開瞼期間の幅は減少する。期間の幅を記憶する複数のレジスタを含むシステムでは、瞬き期間と開瞼期間との実行中の一連の比は、その比の傾向が所定の眠気閾値に近付くにつれて、着用者がおそらくはうとうとし始めているようにして維持されてもよい。所定の眠気閾値の例としては、１対２、３、４、５、及び１０が挙げられるが、それらに限定されない。システムコントローラは、比を比較し、ローリングウィンドウにわたって期間長さを追跡するように構成されているであろう。代替実施形態では、システムコントローラは、着用者がうとうとしていることを自覚し、別の長い瞬き期間を有する前により注意深くなるような、所定のウィンドウに対する標準的でない瞬きと関連付けられた期間幅情報のみを保持するであろう。

代替実施形態では、システムコントローラは、所定の時間（１つ以上）における着用者の瞬きと開瞼との比を判断するであろう。所定の時間（１つ以上）の例としては、レンズ挿入直後、１時間の増分、２時間の増分、４時間の増分、及びそれらの任意の組み合わせが挙げられるが、それらに限定されない。代替実施形態又は更なる実施形態では、システムコントローラは、片目若しくは両目の焦点変化が検出されたとき、又は例えば着用者が何かに集中していること若しくは倦怠が着用者に起こっていることを示す所定の閾値を増加が越えるように、瞬き間の時間が増加したときの、着用者の瞬きと開瞼との比を判断するであろう。この着用者に特異的な比は、所定の眠気閾値を計算するのに使用されるであろう。計算の一例としては、四分の一減らす（例えば、１：２０から１：１５へ）、半分減らす（例えば、１：２０から１：１０へ）、又は四分の三減らす（例えば、１：２０から１：５へ）など、着用者に特異的な比の分数を取ることを含む。この例に基づいて、当業者であれば、多種多様な減少が可能であることを認識するはずである。

更なる実施形態では、瞼の下垂のレベルが着用者に関して監視されて、瞼の位置の定常状態が着用者の初期の定常状態から減少すると、このことによってシステムコントローラを始動して、警告メカニズムを作用させる。少なくとも一実施形態における瞼の定常状態は、瞼位置センサシステムによって判断されるような瞬きの後のどこで瞼が開くかに基づく。少なくとも一実施形態における定常状態位置は、比較のためにレジスタに記憶される。システムコントローラは、レジスタに記憶された定常状態測定値と比較するため、実行中の一連の瞼位置測定値を記憶するバッファ又は他のメモリを有するであろう。

居眠りの更なる例は、瞬きの間に瞼が開閉する速度である。研究によって、閉瞼の平均時間は９２ｍｓｅｃ±１７ｍｓｅｃであり、開瞼の平均時間は２４２ｍｓｅｃ±５５ｍｓｅｃであることが見出されている。ＢａｎｄｅｒＷｅｒｆらによる、「Ｅｙｅｌｉｄ Ｍｏｖｅｍｅｎｔｓ：Ｂｅｈａｖｉｏｒａｌ Ｓｔｕｄｉｅｓ ｏｆ Ｂｌｉｎｋｉｎｇ ｉｎ Ｈｕｍａｎｓ ｕｎｄｅｒ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ Ｓｔｉｍｕｌｕｓ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ」、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｙ、２００３年５月、第８９巻、第５号、２７８４〜２７９６ページ。少なくとも一実施形態におけるシステムコントローラは、閉瞼及び開瞼の少なくとも一方に関する時間の実行中リストを維持して、監視されている瞼の動きの速度に変化があるかの判断を可能にする。それにより、一連の瞬きにわたって速度が低下すると、システムコントローラはそれに基づいて着用者がうとうとしていると判断する。更なる実施形態では、速度は、閉瞼位置と開瞼位置との距離と、これら２つの地点間を移動する時間との比として測定される。

居眠りの更なる別の例は、レンズ着用者の瞳孔の断続性運動の減少である。ヒトが起きているとき、その目は、生理学的な見地から、断続性運動で素早く動き回るのが正常である。人が眠そうになると、瞼が開いている間のそれらの動きが減少する。少なくとも一実施形態における眼球運動センサシステムは、瞳孔の動きを追跡するのに使用され、この情報をシステムコントローラに提供して、瞳孔運動の量、長さ、及び速度を反映する眼球運動データの実行中リストと比較することができる。

更なる実施形態では、システムコントローラは、加速度計からの信号を利用して、より長い瞬き期間の幅と併せて着用者の頭部がうなだれ始めているかを判断し、次に、少なくとも一実施形態におけるシステムコントローラは、眠気閾値を引き下げるか、あるいはうなだれている頭を着用者がうとうとし始めていることの確認として使用し、警告を要求する。

図１は、本発明の一実施形態による、電子瞬き検出器システムを備えるコンタクトレンズ１００を、ブロック図の形態で示している。この実施形態では、電子瞬き検出器システムは、光センサ１０２と、増幅器１０４と、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）１０６と、デジタル信号プロセッサ１０８と、電源１１０と、警告メカニズム１１２と、システムコントローラ１１４とを備えてもよい。

コンタクトレンズ１００がユーザの目の前面上に置かれると、瞬き検出器システムの電子回路構成が、本発明の瞬き検出アルゴリズムを実施するのに利用されてもよい。光センサ１０２、並びに他の回路構成は、瞬き、ユーザの目によって生成される様々な瞬きパターン、及び／又は閉瞼のレベルを検出するように構成されている。

この実施形態では、光センサ１０２は、コンタクトレンズ１００に埋め込まれ、周辺光１０１を受け取って、入射光子を電子に変換し、それによって、矢印１０３で示される電流を増幅器１０４内へと流してもよい。光センサ又は光検出器１０２は、任意の好適なデバイスを備えてもよい。一実施形態では、光センサ１０２はフォトダイオードを備える。少なくとも一実施形態では、フォトダイオードは、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ処理技術）で実装されて、光センサ１０２及び他の回路構成の統合能力を増加させると共に全体サイズを低減する。電流１０３は、入射光レベルに比例し、光検出器１０２が瞼で覆われると実質的に減少する。増幅器１０４は、利得と共に入力に比例して出力を作り出し、入力電流を出力電圧に変換するトランスインピーダンス増幅器として機能してもよい。増幅器１０４は、ＡＤＣ １０６によって獲得されるのに十分な電圧及び電力を信号に与えるなど、信号をシステムの残りの部分が使用可能なレベルまで増幅してもよい。例えば、光センサ１０２の出力が非常に小さいことがあり、低光量環境で使用されることがあるので、増幅器は後続のブロックを駆動するのに必須であることがある。増幅器１０４は、可変利得の増幅器として実装されてもよく、その利得は、フィードバック装置において、システムのダイナミックレンジを最大限にするように、システムコントローラ１１４によって調節されてもよい。利得を提供するのに加えて、増幅器１０４は、光センサ１０２及び増幅器１０４の出力に適したフィルタリング及び他の回路構成など、他のアナログ信号協調回路構成を含んでもよい。増幅器１０４は、光センサ１０２による信号出力を増幅し協調させる、任意の好適なデバイスを備えてもよい。例えば、増幅器１０４は単に、単一の演算増幅器、又は１つ又は２つ以上の演算増幅器を含むより複雑な回路を備えてもよい。上述したように、光センサ１０２及び増幅器１０４は、目を通して受け取る入射光強度に基づいて、瞬きシーケンスを検出し隔離すると共に、入力電流を、システムコントローラ１１４が最終的に使用可能なデジタル信号に変換するように構成されている。システムコントローラ１１４は、好ましくは、様々な光強度レベルの条件における、様々な瞬きシーケンス、瞬きパターン、及び／又は閉瞼（部分的若しくは完全）を認識し、適切な出力信号を警告メカニズム１１２に提供するように、プログラミング又は事前構成されている。システムコントローラ１１４はまた、関連するメモリを備える。

この実施形態では、ＡＤＣ １０６は、増幅器１０４からの連続的なアナログ信号出力を、更なる信号処理に適したサンプリングされたデジタル信号に変換するのに使用されてもよい。例えば、ＡＤＣ １０６は、増幅器１０４からのアナログ信号出力を、デジタル信号処理システム若しくはマイクロプロセッサ１０８など、後続又は下流の回路によって使用可能であってもよい、デジタル信号に変換してもよい。デジタル信号処理システム又はデジタル信号プロセッサ１０８は、下流で使用するために入射光の検出を可能にする、サンプリングされたデータのフィルタリング、処理、検出、及び別の形での操作／処理のうち１つ又は２つ以上を含む、デジタル信号処理に利用されてもよい。デジタル信号プロセッサ１０８は、持続性の閉瞼又は瞼の漂動を示す瞬きシーケンスと共に、上述の瞬きシーケンス及び／又は瞬きパターンを用いて、事前プログラミングされてもよい。デジタル信号プロセッサ１０８はまた、少なくとも一実施形態では、例えばシステムコントローラ１１４によって選択されるような各動作状態に対する瞬きパターンを検出するための、テンプレート及びマスクのセットを含む、関連するメモリを備える。デジタル信号プロセッサ１０８は、アナログ回路構成、デジタル回路構成、ソフトウェア、又はそれらの組み合わせを利用して実装されてもよい。図示される実施形態では、デジタル回路構成の形で実装される。ＡＤＣ １０６は、関連する増幅器１０４及びデジタル信号プロセッサ１０８と共に、上述したサンプリング速度と一致する好適な速度で、例えば１００ｍｓ毎に作動させられる。

電源１１０は、瞬き検出システムを備える多数の構成要素に電力を供給する。電力は、電池、エネルギーハーベスタ、又は当業者には知られているような他の好適な手段から供給されてもよい。本質的に、システムの他の全ての構成要素に対して信頼性のある電力を提供するため、任意のタイプの電源１１０が利用されてもよい。少なくとも一実施形態における瞬きシーケンスは、システム及び／又はシステムコントローラの動作状態を変更するのに利用されてもよい。更に、システムコントローラ１１４は、デジタル信号プロセッサ１０８からの入力に応じて、電動コンタクトレンズの他の態様を制御してもよく、例えば、アクチュエータを通して電子制御レンズの焦点又は屈折力を変更してもよい。

少なくとも一実施形態では、システムコントローラ１１４は、受信した瞬きパターンに基づいてレンズの動作状態を判断して、睡眠中動作状態又は覚醒中動作状態として動作状態を設定するが、代替実施形態では他の状態が可能である。この実施形態に加えて、動作状態は、着用者が眠りに落ちたことをシステムコントローラ１１４が検出したのに反応して警告メカニズム１１２が行う制御と共に、その動作状態でデジタル信号プロセッサ１０８によって使用される瞬きテンプレート及びマスクの組を判断する。代替実施形態では、レンズは、勤務シフト中に使用することが意図され、そのため、記載した覚醒中動作状態にしたがって動作し、そのことが、特定の着用者に対してデジタル信号プロセッサ１０８が一組の瞬きテンプレート及びマスクを使用することに結び付く。更なる代替実施形態では、勤務シフト中に使用することが意図されるレンズは、睡眠の始まりを示す瞬きテンプレートのみを使用して動作し、着用者によるいずれかの瞬きパターンに基づいて動作状態を変更しない。

システムコントローラ１１４は、光センサチェーン、即ち、光センサ１０２、増幅器１０４、ＡＤＣ １０６、及びデジタル信号処理システム１０８からの信号を使用して、サンプリングされた光レベルを瞬き活性化パターンと比較する。図２を参照すると、様々な光強度レベル及び使用可能な閾値レベルで記録された瞬きパターンサンプルのグラフ表現が示される。したがって、異なる場所における、及び／又は様々な活動を行っている間の光強度レベルの変化を明らかにするなど、様々な要因を明らかにすることによって、目に入射する光をサンプリングするときの瞬きの検出におけるエラーを軽減及び／又は防止してもよい。それに加えて、低強度の光レベル及び高強度の光レベルにおいて瞼が閉じられているときにどの程度の可視光を遮断するかなど、目に入射する光をサンプリングするときに周辺光強度の変化が目及び瞼に対して有することがある作用を明らかにすることも、瞬きの検出におけるエラーを軽減及び／又は防止してもよい。換言すれば、誤った瞬きパターンが制御に利用されるのを防ぐために、周辺光のレベルは、好ましくは、より詳細に後述するように明らかにされる。

例えば、研究において、瞼は平均して約９９％の可視光を遮断するが、より短い波長では、より少ない光が瞼を透過する傾向があり、約９９．６％の可視光が遮断されることが見出されている。スペクトルの赤外部分に向かう、より長い波長では、瞼は入射光のわずかに３０％しか遮断しないことがある。しかしながら、周波数、波長、及び強度の異なる光は、異なる効率で瞼を透過することがある点に注目することが重要である。例えば、明るい光源を見たとき、個人は、瞼を閉じた状態で赤い光を見ることがある。また、個人の皮膚の色素沈着など、個人に基づいて、瞼がどの程度可視光を遮断するかにばらつきがあることがある。図２に示されるように、様々な照明レベルにわたる瞬きパターンのデータサンプルが、７０秒の時間間隔にわたってシミュレートされており、シミュレーションの過程の間、目を透過する可視光強度レベルが記録されており、使用可能な閾値が示されている。閾値は、変動する光強度レベルでのシミュレーションの過程にわたって、サンプル瞬きパターンに対して記録された可視光強度のピークピーク値の間の値に設定される。時間の経過と共に平均光レベルを追跡し、閾値を調節しながら、瞬きパターンを事前プログラミングする能力を有することは、個人が瞬きしていないとき、及び／又は単に特定の範囲で光強度レベルが変化したときとは対照的に、個人が瞬きしているときにそれを検出できることにとって重要な場合がある。

次に再び図１を参照すると、更なる代替実施形態では、システムコントローラ１１４は、瞬き検出器、圧力センサ、加速度計（１つ以上）、光センサ、及びフォブ制御部の１つ又は２つ以上を含む供給源から入力を受信してもよい。一般化のため、また本開示に基づいて、当業者であれば、システムコントローラ１１４によって睡眠を判断する方法は、１つ又は２つ以上の入力を使用してもよいことを認識するはずである。例えば、電子又は電動コンタクトレンズは、個人の瞬きパターンと、例えば瞼が閉じている間の頭部の上下運動など、一日の過程の間に加速度計によって検出されるような個人の頭部運動との両方を認識するように、レンズをプログラミングするなど、個別のユーザに対して特異的にプログラミング可能であってもよい。いくつかの実施形態では、瞬き検出及び頭部運動など、１つを超える入力を使用して、電子コンタクトレンズによって睡眠を判断することは、図１８及び図１９に関連して後述するように、睡眠の始まりが起こっていると判断される前に、各方法を互いにクロスチェックする能力を与えてもよい。クロスチェックの利点は、警告及び／又は誤ったデータの記録を行うようにレンズを意図せずに起動してしまう可能性を最小限に抑えるなど、偽陽性の軽減を含んでもよい。一実施形態では、クロスチェックは、睡眠の判断に先立って特定数の条件が満たされる、投票スキームを伴ってもよい。更なる実施形態では、クロスチェックは、特定の入力が、閉瞼及び頭部の配向などの他の入力よりも重要であると見なされる、重み付き平均を伴ってもよい。

警告メカニズム１１２は、受信したコマンド信号に基づいて特定の警告を着用者に対して実施する、任意の好適なデバイスを備えてもよい。例えば、睡眠パターンが上述したようなサンプリングされた光レベルと比較して一致した場合、システムコントローラ１１４は、光をパルス化するか、又は物理的な波を脈動させて着用者の網膜に入れる（若しくはレンズを横切らせる）か、あるいは睡眠の始まりに関するデータをロギングするなど、警告メカニズム１１２を使用可能にしてもよい。警告メカニズム１１２の更なる例としては、電気デバイス；機械的デバイス、例えば圧電デバイス、トランスデューサ、振動デバイス、痒み、刺激、若しくは炎症の感覚を引き起こす化学物質の放出を含む、化学物質放出デバイス、及び音響デバイス；レンズを透過する光の焦点及び／又は割合を修正するなど、コンタクトレンズの光学部の光学部修正を提供するトランスデューサ；磁気デバイス；電磁デバイス；熱的デバイス；例えば光学修正を提供する、及び／又は網膜に向かって光を方向付ける、液晶、プリズム、光ファイバー、及び／又は光チューブを有する若しくは有さない、光着色メカニズム；穏やかな網膜刺激を提供するか、又は角膜表面、及び角膜の１つ又は２つ以上の知覚神経のうち少なくとも１つを刺激する、電気刺激器などの電気デバイス；あるいはそれらの任意の組み合わせが挙げられる。警告メカニズム１１２は、電源１１０からの電力に加えて、システムコントローラ１１４の信号を受信し、システムコントローラ１１４からの信号に基づいて何らかの作用を生成する。例えば、システムコントローラ１１４の信号が、覚醒中動作状態の間に着用者が眠っていることを示している場合、警告メカニズム１１２が、着用者が眠っていることを着用者に警告してもよい。代替実施形態では、システムコントローラ１１４は、睡眠中動作状態の間に着用者が眠っていることを示す信号を出力してもよく、その場合、警告メカニズム１１２はその情報を後で取得するためにメモリに記録する。代替実施形態では、システムコントローラ１１４は、システムコントローラ１１４と関連付けられたメモリにデータを記憶し、データ記憶には警告メカニズム１１２を使用しない。後述するように、少なくとも一実施形態では、タイムスタンプを提供するクロックがある。上述したように、本発明の電動レンズは様々な機能性を提供してもよく、したがって、１つ又は２つ以上の警告メカニズムがその機能性を実施するように様々に構成されてもよい。

図３は、本発明の瞬き検出アルゴリズムによる瞬き検出システムの状態遷移図３００を示す。システムは、アイドル状態３０２で始まり、イネーブル信号ｂｌ＿ｇｏがアサートされるのを待機する。イネーブル信号ｂｌ＿ｇｏが、例えば、瞬きサンプリング速度に相応する１００ｍｓの速度でｂｌ＿ｇｏをパルス化する発振器及び制御回路によってアサートされると、状態機械が次に、ＷＡＩＴ＿ＡＤＣ状態３０４に遷移して、ＡＤＣが受信した光レベルをデジタル値に変換することが可能になる。ＡＤＣは、ａｄｃ＿ｄｏｎｅ信号をアサートして、その動作が完了したことを示し、システム又は状態機械はシフト状態３０６に遷移する。シフト状態３０６で、システムは、瞬きサンプルの履歴を保持するため、最近受信したＡＤＣ出力値をシフトレジスタに乗せる。いくつかの実施形態では、ＡＤＣ出力値は、記憶要件を最小限に抑えるために、最初に閾値と比較されて、サンプル値に対して単一ビット（１若しくは０）を提供する。次に、システム又は状態機械は比較状態３０８に遷移して、サンプル履歴シフトレジスタの値が、上述したような１つ又は２つ以上の瞬きシーケンステンプレート及びマスクと比較される。一致が検出された場合、レンズの状態を睡眠中動作状態若しくは覚醒中動作状態に切り換えるもの、又は着用者の睡眠の始まりを信号で知らせるものなど、１つ又は２つ以上の出力信号がアサートされてもよい。次に、システム又は状態機械は、終了状態３１０に遷移し、ｂｌ＿ｄｏｎｅ信号をアサートしてその動作が完了したことを示す。

図４は、受信光レベルを検出しサンプリングするのに使用されてもよい、光センサ又は光検出器の信号経路ｐｄ＿ｒｘ＿ｔｏｐを示す。信号経路ｐｄ＿ｒｘ＿ｔｏｐは、フォトダイオード４０２、トランスインピーダンス増幅器４０４、自動利得及び低域フィルタリング段４０６（ＡＧＣ／ＬＰＦ）、及びＡＤＣ ４０８を備えてもよい。ａｄｃ＿ｖｒｅｆ信号は、ＡＤＣ ４０８に対する電源１１０（図１を参照）からの入力であり、あるいは、アナログデジタル変換器４０８内部の専用回路から提供されてもよい。ＡＤＣ ４０８からの出力ａｄｃ＿ｄａｔａは、デジタル信号処理及びシステムコントローラブロック１０８／１１４（図１を参照）に送信される。図１には、説明を簡単にするため、個別のブロック１０８及び１１４として示されているが、デジタル信号処理及びシステムコントローラは、好ましくは単一ブロック４１０上に実装される。イネーブル信号ａｄｃ＿ｅｎ、開始信号ａｄｃ＿ｓｔａｒｔ、及びリセット信号ａｄｃ＿ｒｓｔ＿ｎは、デジタル信号処理及びシステムコントローラ４１０から受信され、完了信号ａｄｃ＿ｃｏｍｐｌｅｔｅはそれに対して送信される。クロック信号ａｄｃ＿ｃｌｋは、信号経路ｐｄ＿ｒｘ＿ｔｏｐの外部のクロック源から、又はデジタル信号処理及びシステムコントローラ４１０から受信されてもよい。ａｄｃ＿ｃｌｋ信号及びシステムクロックは、異なる周波数で稼働していてもよいことに注目することが重要である。また、本発明にしたがって、任意の数の異なるＡＤＣが利用されてもよく、それらは異なるインターフェース及び制御信号を有してもよいが、光センサ信号経路のアナログ部分の出力のサンプリングされたデジタル表現を提供するという類似の機能を実行することに注目することも重要である。光検出イネーブルｐｄ＿ｅｎ、及び光検出利得ｐｄ＿ｇａｉｎは、デジタル信号処理及びシステムコントローラ４１０から受信される。

図５は、受信したＡＤＣ信号値ａｄｃ＿ｄａｔａを単一ビット値ｐｄ＿ｄａｔａへと低減するのに使用されてもよい、デジタル協調論理５００のブロック図を示す。デジタル協調論理５００は、データａｄｃ＿ｄａｔａを光検出信号経路ｐｄ＿ｒｘ＿ｔｏｐから受信して、信号の保持値ａｄｃ＿ｄａｔａ＿ｈｅｌｄを提供する、デジタルレジスタ５０２を備えてもよい。デジタルレジスタ５０２は、ａｄｃ＿ｃｏｍｐｌｅｔｅ信号がアサートされるとａｄｃ＿ｄａｔａ信号に対する新しい値を受け入れるように、又は別の方法で、ａｄｃ＿ｃｏｍｐｌｅｔｅ信号が受信されると最後に受信した値を保持するように構成されている。このように、システムは、データがシステムの電流消費を低減するようにラッチされると、光検出信号経路を無効にしてもよい。次に、保持データ値は、閾値生成回路５０４で信号に対する１つ又は２つ以上の閾値ｐｄ＿ｔｈを生成するため、デジタル論理で実装される積分ダンプ平均又は他の平均化方法によって平均化されてもよい。次に、保持データ値は、比較器５０６を介して、１つ又は２つ以上の閾値と比較されて、信号に対する１ビットデータ値ｐｄ＿ｄａｔａを生成してもよい。比較動作は、出力信号ｐｄ＿ｄａｔａの雑音を最小限に抑えるため、ヒステリシス、又は１つ又は２つ以上の閾値に対する比較を用いてもよいことが認識されるであろう。デジタル協調論理は、計算された閾値にしたがって、及び／又は保持されたデータ値にしたがって、図４に示される信号ｐｄ＿ｇａｉｎを介して、光検出信号経路の自動利得及び低域フィルタリング段４０６の利得を設定する、利得調節ブロックｐｄ＿ｇａｉｎ＿ａｄｊ ５０８を更に備えてもよい。この実施形態では、瞬き検出のダイナミックレンジにわたって６ビットワードが十分な解像度を提供すると共に、複雑性が最小限に抑えられることに注目することが重要である。図５は、例えば、利得調節ブロックｐｄ＿ｇａｉｎ＿ａｄｊ ５０８によって決定された自動利得制御をオーバーライドすることを可能にする連続データインターフェースから、ｐｄ＿ｇａｉｎ＿ｓｄｉ制御信号を提供することを含む、代替実施形態を示す。

一実施形態では、閾値生成回路５０４は、ピーク検出器と、バレー検出器と、閾値計算回路とを備える。この実施形態では、閾値及び利得制御値は次のように生成されてもよい。ピーク検出器及びバレー検出器は、信号ａｄｃ＿ｄａｔａ＿ｈｅｌｄ上に保持値を受信するように構成されている。ピーク検出器は更に、出力値ｐｄ＿ｐｋを提供するように構成され、それがａｄｃ＿ｄａｔａ＿ｈｅｌｄ値の増加を迅速に追跡し、ａｄｃ＿ｄａｔａ＿ｈｅｌｄ値が減少した場合にゆっくりと減衰する。動作は、電気分野で周知のような、典型的なダイオードエンベロープ検出器と類似している。バレー検出器は更に、出力値ｐｄ＿ｖｌを提供するように構成され、それがａｄｃ＿ｄａｔａ＿ｈｅｌｄ値の減少を迅速に追跡し、ａｄｃ＿ｄａｔａ＿ｈｅｌｄ値が減少した場合により高い値までゆっくりと減衰する。バレー検出器の動作も、放電抵抗器が正電源電圧に結合された、ダイオードエンベロープ検出器と類似している。閾値計算回路は、ｐｄ＿ｐｌ値及びｐｄ＿ｖｌ値を受信するように構成され、更に、ｐｄ＿ｐｋ値及びｐｄ＿ｖｌ値の平均に基づいて、中間点閾値ｐｄ＿ｔｈ＿ｍｉｄを計算するように構成されている。閾値生成回路５０４は、中間点閾値ｐｄ＿ｔｈ＿ｍｉｄに基づいて、閾値ｐｄ＿ｔｈを提供する。

閾値生成回路５０４は更に、ｐｄ＿ｇａｉｎ値の変化に反応して、ｐｄ＿ｐｋ及びｐｄ＿ｖｌレベルの値を更新するように適合されてもよい。ｐｄ＿ｇａｉｎ値が一段階増加した場合、ｐｄ＿ｐｋ値及びｐｄ＿ｖｌ値は、光検出信号経路において予期される利得の増加に等しい倍数分増加する。ｐｄ＿ｇａｉｎ値が一段階減少した場合、ｐｄ＿ｐｋ値及びｐｄ＿ｖａｌ値は、光検出信号経路において予期される利得の減少に等しい倍数分減少する。このように、ｐｄ＿ｐｋ値及びｐｄ＿ｖｌ値でそれぞれ保持されるようなピーク検出器及びバレー検出器の状態、並びにｐｄ＿ｐｋ値及びｐｄ＿ｖｌ値から計算されるような閾値ｐｄ＿ｔｈは、信号経路利得の変化と一致するように更新され、それによって、光検出信号利得の意図的な変化のみによる、状態又は値の不連続性若しくは他の変化が回避される。

閾値生成回路５０４の更なる実施形態では、閾値計算回路は、ｐｄ＿ｐｋ値の比率若しくは割合に基づいて、閾値ｐｄ＿ｔｈ＿ｐｋを計算するように更に構成されてもよい。好ましい実施形態では、ｐｄ＿ｔｈ＿ｐｋは、有利にはｐｄ＿ｐｋ値の７分の８であるように構成されてもよく、その計算は、関連技術において周知のように、単純な３ビットの右シフト及び減算を用いて実施されてもよい。閾値計算回路は、閾値ｐｄ＿ｔｈがｐｄ＿ｔｈ＿ｍｉｄ及びｐｄ＿ｔｈ＿ｐｋのうち低い方であるように選択してもよい。このように、ｐｄ＿ｐｋ値及びｐｄ＿ｖｌ値が結果として等しくなることがある、一定の光が長期間フォトダイオード上に入射した後であっても、ｐｄ＿ｔｈ値はｐｄ＿ｐｋ値に等しくなることは決してない。ｐｄ＿ｔｈ＿ｐｋ値によって、長い間隔後の瞬きの検出が担保されることが認識されるであろう。閾値生成回路の挙動は、後述するように、図９に更に示される。

図６は、本発明の一実施形態による、デジタル瞬き検出アルゴリズムを実施するのに使用されてもよい、デジタル検出論理６００のブロック図を示す。デジタル検出論理６００は、図４の光検出信号経路ｐｄ＿ｒｘ＿ｔｏｐから、又はここでは１ビット値を有する信号ｐｄ＿ｄａｔａ上に示される、図５のデジタル協調論理から、データを受信するように適合されたシフトレジスタ６０２を備えてもよい。シフトレジスタ６０２は、ここでは２４ビットレジスタに、受信したサンプル値の履歴を保持する。デジタル検出論理６００は、動作状態（必要に応じて）に基づいて、サンプル履歴並びに１つ又は２つ以上の瞬きテンプレートｂｌ＿ｔｐｌ及び瞬きマスクｂｌ＿ｍａｓｋを受信するように構成されると共に、後で使用するために保持されてもよい１つ又は２つ以上の出力信号において１つ又は２つ以上のテンプレート及びマスクに対する一致を示すように構成された、比較ブロック６０４を更に備える。少なくとも一実施形態では、動作状態は、比較ブロック６０４によって使用されるテンプレートｂｌ＿ｔｐｌ及び瞬きマスクｂｌ＿ｍａｓｋの組を判断する。少なくとも１組のテンプレートｂｌ＿ｔｐｌに、着用者が眠っていることを表す少なくとも１つの睡眠テンプレートがある。代替実施形態では、デジタル検出論理６００は、１つ又は２つ以上の睡眠テンプレートを包含するように適合された比較ブロックを備え、後で使用するために保持されてもよい１つ又は２つ以上の出力信号において１つ又は２つ以上のテンプレート及びマスクに対する一致を示すように構成されている。かかる代替実施形態では、レンズは睡眠中及び覚醒中動作状態を有さない。

比較ブロック６０４の出力は、Ｄフリップフロップ６０６を介してラッチされる。デジタル検出論理６００は、マスキング動作による小さいシフトで同じサンプル履歴の組の上にあってもよい、継時比較を抑制するカウンタ６０８又は他の論理を更に備えてもよい。好ましい実施形態では、サンプル履歴は、陽性の一致が見出された後でクリア又はリセットされ、その結果、完全な新しい一致する瞬きシーケンスを、後続の一致が識別可能になる前にサンプリングする必要がある。デジタル検出論理６００は、制御信号を光検出信号経路及びＡＤＣに提供するため、状態機械又は類似の制御回路構成をまた更に備えてもよい。いくつかの実施形態では、制御信号は、デジタル検出論理６００とは別個の制御状態機械によって生成されてもよい。この制御状態機械は、デジタル信号処理及びシステムコントローラ４１０の一部であってもよい。

図７は、光検出信号経路で使用されるＡＤＣ ４０８（図４）の瞬き検出サブシステムから提供される、制御信号のタイミング図を示す。イネーブル及びクロック信号ａｄｃ＿ｅｎ、ａｄｃ＿ｒｓｔ＿ｎ、及びａｄｃ＿ｃｌｋは、サンプルシーケンスの開示誌に作動させられ、アナログデジタル変換プロセスが完了するまで継続する。一実施形態では、ＡＤＣ変換プロセスは、パルスがａｄｃ＿ｓｔａｒｔ信号に対して提供されると開始される。ＡＤＣ出力値は、ａｄｃ＿ｄａｔａ信号に保持され、プロセスの完了は、ａｄｃ＿ｃｏｍｐｌｅｔｅ信号におけるアナログデジタル変換器論理によって示される。やはり図７に示されるのは、ＡＤＣの前に増幅器の利得を設定するのに利用されるｐｄ＿ｇａｉｎ信号である。この信号は、ウォームアップ時間の前に設定されて、変換に先立ってアナログ回路バイアス及び信号レベルの安定化を可能にするものとして示される。

図８Ａは、デジタル瞬き検出サブシステムｄｉｇ＿ｂｌｉｎｋ ８０２を備えるデジタルシステムコントローラ８００を示す。デジタル瞬き検出サブシステムｄｉｇ＿ｂｌｉｎｋ ８０２は、マスタ状態機械ｄｉｇ＿ｍａｓｔｅｒ ８０４によって制御されてもよく、デジタルシステムコントローラ８００外部のクロック発生回路ｃｌｋｇｅｎ ８０６からのクロック信号を受信するように適合されてもよい。デジタル瞬き検出サブシステムｄｉｇ＿ｂｌｉｎｋ ８０２は、上述したような光検出サブシステムに制御信号を提供し、そこから信号を受信するように適合されてもよい。デジタル瞬き検出サブシステムｄｉｇ＿ｂｌｉｎｋ ８０２は、瞬き検出アルゴリズムの動作のシーケンスを制御する状態機械に加えて、上述したようなデジタル協調論理及びデジタル検出論理を備えてもよい。デジタル瞬き検出サブシステムｄｉｇ＿ｂｌｉｎｋ ８０２は、イネーブル信号をマスタ状態機械８０４から受信し、完了又は終了の指示及び瞬き検出の指示をマスタ状態機械８０４に返すように適合されてもよい。

代替実施形態では、図８Ｂは、デジタル睡眠検出サブシステムｄｉｇ＿ｓｌｅｅｐ ８５２を備えるデジタルシステムコントローラ８５０を示す。デジタル睡眠検出サブシステムｄｉｇ＿ｓｌｅｅｐ ８５２は、マスタ状態機械ｄｉｇ＿ｍａｓｔｅｒ ８５４によって制御されてもよく、デジタルシステムコントローラ８５０外部のクロック発生回路ｃｌｋｇｅｎ ８５６からのクロック信号を受信するように適合されてもよい。デジタル睡眠検出サブシステムｄｉｇ＿ｓｌｅｅｐ ８５２は、上述したような光検出サブシステムに制御信号を提供し、そこから信号を受信するように適合されてもよい。デジタル睡眠検出サブシステムｄｉｇ＿ｓｌｅｅｐ ８５２は、瞬き検出アルゴリズムの動作のシーケンスを制御する状態機械に加えて、上述したようなデジタル協調論理及びデジタル検出論理を備えてもよい。デジタル睡眠検出サブシステムｄｉｇ＿ｓｌｅｅｐ ８５２は、イネーブル信号をマスタ状態機械８５４から受信し、完了又は終了の指示及び瞬き検出の指示をマスタ状態機械８５４に返すように適合されてもよい。

図８Ａ及び図８Ｂに示される実施形態のどちらかに対する代替実施形態では、タイムクロックがクロック発生回路８０６に接続されて、レンズが動作を開始してからの経過時間を追跡し、タイムスタンプ信号を一実施形態の警告メカニズムに提供し、その実施形態では、警告メカニズムは着用者による睡眠の開始及び終了に関するデータを記録し、それによって、例えば少なくとも１つの電子通信構成要素を使用して、データがレンズから外部のデバイスに送信（若しくは送出）されると、外部のデバイスは、レンズからのタイムスタンプ、及びロギングされたタイムスタンプと比較してデータが送信されたときの外部のデバイスの現在時刻に基づいて、時刻を逆算することによって、着用者がレンズを着用している間に眠っていた時限を判断することができる。

図９Ａ〜図９Ｇは、閾値生成回路及び自動利得制御（図５）の動作を示す波形を提供する。図９Ａは、変動する光レベルに反応してフォトダイオードによって提供されることがあるような、光電流対時間の一例を示す。プロットの第１の部分では、光レベル及びその結果として得られる光電流は、プロットの第２の部分に比べて比較的低い。プロットの第１及び第２両方の部分において、両目の瞬きは光及び光電流を低減することが分かる。瞼による光の減衰は、１００％ではないことがあり、目に入射する光の波長に対する瞼の透過性に応じて、より低い値であることに留意されたい。図９Ｂは、図９Ａの光電流の波形に反応して捕捉される、ａｄｃ＿ｄａｔａ＿ｈｅｌｄ値を示す。簡潔にするため、ａｄｃ＿ｄａｔａ＿ｈｅｌｄ値は、一連の離散的なデジタルサンプルではなく連続的なアナログ信号として例証される。デジタルサンプル値は、対応するサンプル時間における、図９Ｂに示されるレベルに対応することが認識されるであろう。プロットの上下の破線は、ａｄｃ＿ｄａｔａ及びａｄｃ＿ｄａｔａ＿ｈｅｌｄ信号の最大値及び最小値を示す。最小と最大との間の値の範囲は、ａｄｃ＿ｄａｔａ信号のダイナミックレンジとしても知られている。後述するように、光検出信号経路利得は、プロットの第２の部分では異なる（より低い）。一般に、ａｄｃ＿ｄａｔａ＿ｈｅｌｄ値は光電流に正比例し、利得の変化は、比例関係の定量又は定数にのみ影響を及ぼす。図９Ｃは、閾値生成回路によるａｄｃ＿ｄａｔａ＿ｈｅｌｄ値に反応して計算される、ｐｄ＿ｐｋ、ｐｄ＿ｖｌ、及びｐｄ＿ｔｈ＿ｍｉｄ値を示す。図９Ｄは、閾値生成回路のいくつかの実施形態におけるａｄｃ＿ｄａｔａ＿ｈｅｌｄ値に反応して計算される、ｐｄ＿ｐｋ、ｐｄ＿ｖｌ、及びｐｄ＿ｔｈ＿ｐｋ値を示す。ｐｄ＿ｔｈ＿ｐｋ値は常に、ｐｄ＿ｐｋ値に対してある割合であることに留意されたい。図９Ｅは、ｐｄ＿ｔｈ＿ｍｉｄ及びｐｄ＿ｔｈ＿ｐｋ値と共にａｄｃ＿ｄａｔａ＿ｈｅｌｄ値を示す。ａｄｃ＿ｄａｔａ＿ｈｅｌｄ値が比較的一定である長期間の間に、ｐｄ＿ｖｌ値が同じレベルまで減衰するので、ｐｄ＿ｔｈ＿ｍｉｄ値はａｄｃ＿ｄａｔａ＿ｈｅｌｄ値に等しくなることに留意されたい。ｐｄ＿ｔｈ＿ｐｋ値は常に、ａｄｃ＿ｄａｔａ＿ｈｅｌｄ値よりもある量少ないままである。また、図９Ｅには、ｐｄ＿ｔｈ値がｐｄ＿ｔｈ＿ｐｋ及びｐｄ＿ｔｈ＿ｍｉｄよりも低くなるように選択された場合のｐｄ＿ｔｈの選択が示される。このように、閾値は常に、ｐｄ＿ｐｋ値からある距離分離れて設定されて、光電流及びａｄｃ＿ｄａｔａ保持信号の雑音によるｐｄ＿ｄａｔａの誤った遷移が回避される。図９Ｆは、ａｄｃ＿ｄａｔａ＿ｈｅｌｄ値とｐｄ＿ｔｈ値の比較によって生成されるｐｄ＿ｄａｔａ値を示す。ｐｄ＿ｄａｔａ信号は、瞬きが起こっているときは低い、二値の信号であることに留意されたい。図９Ｇは、これらの波形例に対するｔｉａ＿ｇａｉｎ対時間の値を示す。ｔｉａ＿ｇａｉｎの値は、ｐｄ＿ｔｈが図９Ｅにａｇｃ＿ｐｋ＿ｔｈとして示される高閾値を上回り始めたときに低く設定される。同様の挙動が、ｐｄ＿ｔｈが低閾値を下回り始めたときにｔｉａ＿ｇａｉｎを上昇させるように生じることが認識されるであろう。図９Ａ〜図９Ｅそれぞれの第２の部分を再び見ると、低いｔｉａ＿ｇａｉｎの効果は明白である。特に、ａｄｃ＿ｄａｔａ＿ｈｅｌｄ値は、ａｄｃ＿ｄａｔａ及びａｄｃ＿ｄａｔａ＿ｈｅｌｄ信号のダイナミックレンジの中央付近で維持されることに留意されたい。更に、ｐｄ＿ｐｋ及びｐｄ＿ｖｌ値は、上述したような利得変化にしたがって更新され、それによって、単位光検出信号経路利得の変化による、ピーク及びバレー検出器状態並びに値における不連続性が回避されることに注目することが重要である。

図１０は、集積回路ダイ１０００上の光遮断及び光通過機構を示す。集積回路ダイ１０００は、光通過領域１００２と、光遮断領域１００４と、結合パッド１００６と、パッシベーション開口部１００８と、光遮断層開口部１０１０とを備える。光通過領域１００２は、光センサ（図示なし）、例えば半導体プロセスで実装されたフォトダイオードのアレイの上方に位置する。少なくとも一実施形態では、光通過領域１００２によって、できる限り多量の光が光センサに達し、それによって感度を最大限にすることが可能になる。これは、製作に使用される半導体プロセス又は後処理において許容されるように、光受容器の上方のポリシリコン、金属、酸化物、窒化物、ポリイミド、及び他の層を除去することによって行われてもよい。光通過領域１００２はまた、光検出を最適化する他の特別な処理、例えば反射防止コーティング、フィルタ、及び／又はディフューザを受け入れてもよい。光遮断領域１００４は、露光を要しないダイ上の他の回路構成を覆ってもよい。他の回路構成の性能は、例えば、上述したように、コンタクトレンズに組み込むために必要とされる、超低電流回路におけるバイアス電圧及び発振器周波数のシフトなど、光電流によって低下することがある。光遮断領域１００４は、優先的に、薄い不透明の反射性材料、例えば、半導体ウェハの処理及び後処理で既に使用されているアルミニウム又は銅で形成される。金属を用いて実装された場合、光遮断領域１００４を形成する材料は、短絡状態を防ぐため、下にある回路及び結合パッド１００６から絶縁されなければならない。かかる絶縁は、通常のウェハパッシベーションの一部としてダイ上に既に存在するパッシベーション、例えば酸化物、窒化物、及び／又はポリイミドによって、あるいは後処理中に追加される他の誘電体によって提供されてもよい。マスキングによって、導電性光遮断金属がダイ上で結合パッドと重なり合わないように、光遮断層開口部１０１０が可能になる。光遮断領域１００４は、ダイを保護し、ダイ取付けの間の短絡を回避するため、追加の誘電体又はパッシベーションで覆われる。この最終的なパッシベーションは、結合パッド１００６に対する接続を可能にするパッシベーション開口部１００８を有する。

図１１は、本実施形態（発明）による瞬き検出システムを備える電子インサートを備えたコンタクトレンズを示す。コンタクトレンズ１１００は、電子インサート１１０４を備える軟質プラスチック部分１１０２を備える。このインサート１１０４は、例えば、作動に応じて近く又は遠くに焦点を合わせるなど、電子部品によって作動されるレンズ１１０６を含む。集積回路１１０８は、インサート１１０４上に装着し、電池１１１０、レンズ１１０６、及びシステムの必要に応じて他の構成要素に接続する。集積回路１１０８は、光センサ１１１２及び関連する光検出器信号経路回路を含む。光センサ１１１２は、レンズインサートを通して外側に、また目から離れる方向に面し、したがって周辺光を受信することができる。光センサ１１１２は、例えば単一のフォトダイオード又はフォトダイオードのアレイとして、（図示されるように）集積回路１１０８上に実装されてもよい。光センサ１１１２はまた、インサート１１０４上に装着され、配線トレース１１１４を用いて接続される、別個のデバイスとして実装されてもよい。瞼が閉じると、光検出器１１１２を含むレンズインサート１１０４が覆われ、それによって光検出器１１１２に入射する光レベルが低減される。光検出器１１１２は、周辺光を測定して、ユーザが瞬きしているか否かを判断することができる。本開示に基づいて、当業者であれば、光検出器１１２は、本開示において考察する他のセンサによって置換又は増補されてもよいことを認識すべきである。

瞬き検出アルゴリズムの追加の実施形態は、例えば、固定のテンプレートを使用することによって、又はマスクの「考慮しない」間隔（０値）を拡大することによってではなく、第１の瞬きの測定された終了時間に基づいて、第２の瞬きの開始のタイミングを取ることによって、瞬きシーケンスの継続時間及び間隔のより多くのばらつきを許容してもよい。

瞬き検出アルゴリズム及び／又は睡眠検出アルゴリズムは、デジタル論理の形で、又はマイクロコントローラ上で稼働するソフトウェアの形で実装されてもよいことが認識されるであろう。アルゴリズム論理又はマイクロコントローラは、光検出信号経路回路構成及びシステムコントローラを備えた、単一の特定用途向け集積回路ＡＳＩＣに実装されてもよく、又は１つを超える集積回路にわたって区分されてもよい。

別の実施形態によれば、電動又は電子眼用レンズは、眼瞼又は瞼位置センサを組み込んでもよい。瞬き反射及び涙拡散作用を含む多数の方法で、瞼が眼球を保護することは既知である。瞼の瞬き反射は、目に対する脅威を察知するとすぐに閉じることによって、眼球への外傷を防ぐ。瞬きはまた、涙を眼球表面にわたって拡散させて、眼球表面の潤いを保ち、細菌及び他の異物を洗い流す。しかしながら、瞼の動きは、電子眼用レンズを着用している個人（若しくは着用者）が眠りに落ちる危険性があるときに、それを警告及び／又は追跡するのに使用されることを越える、他の作用又は機能目的も示すことがある。また、感知されたデータは、追加又は代替の使用において、単に始動事象としてではなく収集プロセスの一部として利用されてもよいことに注目することが重要である。例えば、感知されたデータは、病状の治療又は睡眠量の記録において、収集、ロギング、及び利用されてもよい。換言すれば、かかるセンサを利用するデバイスは、ユーザの目に見える形で状態を変化させないことがあり、それよりもむしろ、デバイスは単にデータをロギングしてもよいことも認識されるべきである。例えば、かかるセンサは、勤務シフト中にユーザが眠りに落ちた場合にそれを判断するのに使用することができる。

次に図１２Ａを参照すると、目１２００の上の瞼位置センサシステムが示される。システムは、コンタクトレンズ１２０２内に組み込まれる。上瞼及び下瞼が示され、上瞼は、閉瞼が増大する順に、可能な位置１２０１、１２０３、及び１２０５を有する。下瞼も、上瞼に対応する閉瞼のレベル、即ち位置１２０７、１２０９、及び１２０５で示される。瞼が閉じると、それらは同じ位置を、即ち１２０５を占める。この実施形態によるコンタクトレンズ１２０２は、センサアレイ１２０４を備える。このセンサアレイ１２０４は１つ又は２つ以上の光センサを含む。この実施形態では、センサアレイ１２０４は１２個の光センサ１２０６ａ〜１２０６ｌを備える。上瞼が位置１２０１にあり、下瞼が位置１２０７にある状態では、全ての光センサ１２０６ａ〜１２０６ｌが露出し、周辺光を受け取り、それによって、本明細書に記載される電子回路によって検出されてもよい光電流が作り出される。瞼が部分的に閉じられて位置１２０３及び１２０９にある状態では、上側及び下側の光センサ１２０６ａ及び１２０６ｂが覆われ、受け取る光が他の光センサ１２０６ｃ〜１２０６ｌよりも少なくなり、それに対応してより少ない電流が出力されて、それが電子回路によって検出されてもよい。瞼が完全に閉じて位置１２０５にある状態では、全てのセンサ１２０６ａ〜１２０６ｌは覆われ、それに対応して電流が逓減される。このシステムは、センサアレイの各光センサをサンプリングし、光電流出力対センサ位置を使用して瞼の位置を判断することによって、瞼の位置を検出するのに使用することができ、例えば、上瞼及び下瞼が瞬き後に完全に開いていない場合、潜在的な睡眠の始まり又は疲労を示す。光センサは、コンタクトレンズ上の好適な位置に配置されるべきであることが認識され、例えば、瞼の位置を信頼性高く判断するのに十分なサンプル位置を提供する一方で、障害物のない光学部（概略的に、散大した瞳孔によって占められる範囲）を妨害しない。このシステムはまた、センサを規則的にサンプリングし、時間に伴って測定値を比較することによって、瞬きを検出するのに使用されてもよい。代替実施形態では、センサアレイ１２０４’の光センサ１２０６ａ’〜１２０６ｌ’は、例えば図１２Ｂに示されるように、互いから垂直方向に離隔された状態で、瞳孔の周りに弓状パターンを形成する。図示される実施形態のいずれかに基づいて、当業者であれば、１２個以外の数がセンサアレイで使用されてもよいことを認識すべきである。更なる例は、３〜１５の範囲の数（少なくとも一実施形態では端点を含む）を、より詳しくは、４〜８の範囲の数（少なくとも一実施形態では端点を含む）を含む。

図１３は、２つの目１３００が少なくとも部分的にコンタクトレンズ１３０２で覆われているシステムを示す。センサアレイ１３０４は、コンタクトレンズ１３０２の両方に存在して、図１２Ａに関して上述したように、瞼の位置を判断する。この実施形態では、コンタクトレンズ１３０２はそれぞれ電子通信構成要素１３０６を備える。各コンタクトレンズ１３０２の電子通信構成要素１３０６は、双方向通信をコンタクトレンズ１３０２間で行うことを可能にする。電子通信構成要素１３０６は、無線周波数（ＲＦ）送受信器、アンテナ、光センサ１３０８用のインターフェース回路構成、及び関連又は類似した電子構成要素を備えてもよい。線１３１０によって表される通信チャネルは、コンタクトレンズ１３０２間の効果的な通信を可能にするため、適切なデータプロトコルを用いた適切な周波数及び電力でのＲＦ送信を備えてもよい。２つのコンタクトレンズ１３０２間のデータの送信は、目配せ又は不随意の瞬きではなく、真のはっきりした瞬きを検出するために、例えば、両瞼が閉じていることを検証してもよい。送信はまた、システムが、例えばユーザが間近で読書することと関連付けられる、両瞼が同様の量だけ閉じているかを判断することを可能にしてもよい。データ送信はまた、外部のデバイスで、例えば眼鏡、ユーザのこめかみに着けられるパッチ、又はスマートフォン（若しくは他のプロセッサベースのシステム）で行われてもよい。少なくとも１つの例では、着用者が身に着けるパッチは、警告メカニズムによって作動されて、着用者が眠りに落ちている場合にそれを警告する、トランスデューサを含む。少なくとも一実施形態では、電子通信構成要素は、ロギングされた睡眠データをスマートフォン（又は他の外部のデバイス）に送信することを可能にする。そのため、電子通信構成要素１３０６は、少なくとも１つの代替実施形態では、片方のレンズ上にのみ存在してもよい。代替実施形態では、個人が身に着けているスマートフォン（若しくは、送信能力を備える他の加速度計を装備したデバイス）中に存在する加速度計は、睡眠の可能性を示す一般的な動きの欠如、又は個人が静止していることを示すデータなど、睡眠の判断をクロスチェックするのに使用される移動データを提供する。

図１４Ａ及び図１４Ｂは、上述したような瞼位置光センサが、コンタクトレンズ１４０２、より具体的には電動又は電子眼用レンズにおける活動を始動するのに使用される、電子システム１４００を示す。図１４Ａは、レンズ１４０２上の電子システム１４００を示し、図１４Ｂは、システム１４００の分解組立図である。光１４０１は、図１２に関して上述したように、１つ又は２つ以上の光センサ１４０４に入射する。これらの光センサ１４０４は、フォトダイオード、硫化カドミウム（ＣｄＳ）センサ、又は周辺光を電流に変換するのに適した他の技術を用いて実装されてもよい。光センサ１４０４の選択に応じて、増幅器１４０６又は他の好適な回路構成は、後続又は下流の回路によって使用されるように入力信号を調整することを要することがある。マルチプレクサ１４０８は、単一のアナログデジタル変換器（即ち、ＡＤＣ）１４１０が複数の光センサ１４０４から入力を受け入れることを可能にする。マルチプレクサ１４０８は、光センサ１４０４の直後、増幅器１４０６の直前に位置してもよく、又は電流消費、ダイのサイズ、及び設計の複雑さを考慮して、使用されなくてもよい。瞼の位置を検出するために複数の光センサ１４０４が目の上の様々な位置で必要とされるため、下流の処理構成要素（例えば、増幅器、アナログデジタル変換器、及びデジタルサインプロセッサ）を共有することによって、電子回路構成に必要なサイズが著しく低減されてもよい。増幅器１４０６は、利得と共に入力に比例して出力を作り出し、入力電流を出力電圧に変換するトランスインピーダンス増幅器として機能してもよい。増幅器１４０６は、ＡＤＣ １４１０によって獲得されるのに十分な電圧及び電力を信号に与えるなど、信号をシステムの残りの部分が使用可能なレベルまで増幅してもよい。例えば、光センサ１４０４の出力が非常に小さいことがあり、低光量環境で使用されることがあるので、増幅器１４０６は後続のブロックを駆動するのに必須であることがある。増幅器１４０６は、可変利得の増幅器として実装されてもよく、その利得は、システム１４００のダイナミックレンジを最大限にするように、システムコントローラ１４１２によって調節されてもよい。利得を提供するのに加えて、増幅器１４０６は、光センサ１４０４及び増幅器１４０６の出力に適したフィルタリング及び他の回路構成など、他のアナログ信号協調回路構成を含んでもよい。増幅器１４０６は、光センサ１４０４による信号出力を増幅し協調させる、任意の好適なデバイスを備えてもよい。例えば、増幅器１４０４は単に、単一の演算増幅器、又は１つ又は２つ以上の演算増幅器を含むより複雑な回路を備えてもよい。

上述したように、光センサ１４０４及び増幅器１４０６は、目の様々な位置における入射光１４０１を検出し、入力電流を、システムコントローラ１４１２が採取手卯気に使用可能なデジタル信号に変換するように構成されている。システムコントローラ１４１２は、好ましくは、目の上の各光センサ１４０４をサンプリングして瞼の位置を検出し、適切な出力信号を警告メカニズム１４１４に提供するように、事前プログラミングされる。システムコントローラ１４１２はまた、関連するメモリを備える。システムコントローラ１４１２は、光センサ１４０４の最新のサンプルを、瞼が開いた位置及び目を凝らす位置に相関する予めプログラミングされたパターンに組み合わせることができる。例えば、パターンが、疲労と関連付けられる両瞼の部分的な閉瞼のパターンと一致するとき、システムコントローラ１４１２は、警告メカニズム１４１４を始動させて、着用者に対する警告及び／又はデータのロギングを行ってもよい。確実な検出のため、ユーザの瞼のパターンを様々な周辺光下及び焦点距離状況下で記録することが、システムコントローラ１４１２のプログラミングに必要とされることがある。システム１４００は、瞼の位置の変化、周辺光、影における通常の変化、及び他の現象を区別することが必要なことがある。この区別は、サンプリング周波数、増幅器利得、及び他のシステムパラメータの適切な選択、コンタクトレンズ内におけるセンサ配置の最適化、瞼位置パターンの判断、周辺光の記録、各光センサと隣接した全ての光センサとの比較、並びに瞼の位置を独自に見分ける他の技術を通して遂行されてもよい。

この実施形態では、ＡＤＣ １４１０は、増幅器１４０６から出力される連続的なアナログ信号を、マルチプレクサを通して、更なる信号処理に適切なサンプリングされたデジタル信号に変換するのに使用されてもよい。例えば、ＡＤＣ １４１０は、増幅器１４０６から出力されるアナログ信号を、デジタル信号処理システム若しくはマイクロプロセッサ１４１６など、後続又は下流の回路によって使用可能であってもよい、デジタル信号に変換してもよい。デジタル信号処理システム又はデジタル信号プロセッサ１４１６は、下流で使用するために入射光の検出を可能にする、サンプリングされたデータのフィルタリング、処理、検出、及び別の形での操作／処理のうち１つ又は２つ以上を含む、デジタル信号処理に利用されてもよい。デジタル信号プロセッサ１４１６は、様々な瞼パターンで事前プログラミングされてもよい。デジタル信号プロセッサ１４１６はまた、少なくとも一実施形態では、関連するメモリを備える。デジタル信号プロセッサ１４１６は、アナログ回路構成、デジタル回路構成、ソフトウェア、及び／又は好ましくはそれらの組み合わせを利用して実装されてもよい。ＡＤＣ １４１４０は、関連する増幅器１４０６及びデジタル信号プロセッサ１４１６と共に、上述したサンプリング速度と一致する好適な速度で、例えば１００ｍｓ毎に作動させられる。

電源１４１８は、瞼位置センサシステム１４００を備える多数の構成要素に電力を供給する。電源１４１８はまた、コンタクトレンズ上の他のデバイスに電力を供給するのに利用されてもよい。電力は、電池、エネルギーハーベスタ、又は当業者には知られているような他の好適な手段から供給されてもよい。本質的に、システムの他の全ての構成要素に対して信頼性のある電力を提供するため、任意のタイプの電源１４１８が利用されてもよい。アナログからデジタルに処理された瞼位置センサアレイパターンは、システムコントローラ１４１２又はシステムコントローラ１４１２の一部分の作動を可能にしてもよい。更に、システムコントローラ１４１２は、デジタル信号プロセッサ１４０８からの入力に応じて、電動コンタクトレンズの他の態様、例えば警告メカニズム１４１４の作動を制御してもよい。

次に図１５を参照すると、コンタクトレンズ上の３つの異なる垂直位置に位置決めされた、３つの光センサの出力特性が示される。出力特性は、各光センサに対する入射光に比例する電流を表してもよく、又は下流の信号を、例えば、ＡＤＣ（図１４Ｂの要素１４１０）の出力におけるデジタルサンプリングされたデータ値対時間を表してもよい。例えば、暗い部屋から明るい玄関へと歩き、次に暗い部屋に戻ると、全体の入射光１５０２が増加し、安定状態を保ち、次に減少する。３つの光センサ１５０４、１５０６、及び１５０８は全て、瞼が開いたままの場合、光センサ１５０４及び１５０８に対する点線１５０１及び１５０３によって示されるように、周辺光に類似した信号を出力する。周辺光レベル１５０２の変化に加えて、部分的な閉瞼が、開瞼位置１５１２及び１５１４とは異なる位置１５１０によって示される。瞼が部分的に閉じると、上位の光センサ１５０４は上瞼によって覆われ、それに対応して、瞼による光センサの妨害による低いレベルを出力する。周辺光１５０２が増加するにもかかわらず、瞼が部分的に閉じているため、光センサ１５０４が受け取る光はより少なく、より低い信号が出力される。同様の反応が、覆われる光センサ１５０８で観察される。中位のセンサ１５０６は、目を細めている間は覆われず、したがって、光レベルの増加が見られ続け、それに対応して出力レベルが増加する。この例は１つの特定の事例を例証しているが、センサ位置及び瞼の動きの様々な構成をどのように検出することができるかは明白であろう。

図１６Ａ及び図１６Ｂは、コンタクトレンズ１６０２に組み込まれた代替の検出システム１６００を示す。また、図１６Ａは、レンズ１６０２上のシステム１６００を示し、図１６Ｂは、システム１６００の分解組立図を示す。この実施形態では、容量式タッチセンサ１６０４が光センサの代わりに利用される。容量式タッチセンサは、電子工学業界において、例えば、タッチスクリーンディスプレイにおいて普及している。基本原理は、例えば、誘電体によって覆われたグリッドを実装することによって、静電容量が近接又は接触によって変動するような物理的な方式で、可変コンデンサ１６０４が実装されるというものである。センサコンディショナ１６０６は、例えば、可変コンデンサを備える発振器における変化を測定することによって、又は固定周波数のＡＣ信号で固定コンデンサに対する可変コンデンサの比を感知することによって、静電容量に比例して出力信号を作成する。下流の回路構成を低減させるため、センサコンディショナ１６０６の出力はマルチプレクサ１６０８と組み合わされてもよい。この実施形態では、図１４に関して上述したような必須の信号協調回路構成は、単純にするために省略される。システムコントローラ１６１０は、例えば、各センサを順に作動させ、値を記録することによって、マルチプレクサ１６０８を介して容量式センサコンディショナ１６０６からの入力を受信する。次に、測定値を事前プログラミングされたパターン及び過去のサンプルと比較して、瞼の位置を判断してもよい。次に、警告メカニズム１６１２の機能を作動させて、例えば、可変焦点レンズをより近い焦点距離に変化させてもよい。容量式タッチセンサ１６０４は、光検出器に関して上述したものに類似した物理的パターンでレイアウトされてもよいが、瞼の位置に伴う静電容量の変化を検出するために最適化されるであろう。センサ、更に言うと電子システム全体は、カプセルに封入され、生理食塩水コンタクトレンズ環境から隔離される。瞼がセンサ１６０４を覆うと、上述した周辺光の変化ではなく静電容量の変化が検出されるであろう。図１６Ｂはまた、少なくとも一実施形態における電源１６１４を包含することを示している。

ＡＤＣ及びデジタル信号処理回路構成は、図１４Ｂの光センサに関して例証したように、必要に応じて容量式タッチセンサにしたがって利用されてもよいことに注目することが重要である。代替実施形態では、容量式タッチセンサは任意の圧力センサである。更なる実施形態では、レンズ上に光センサ及び圧力センサの組み合わせがある。

一実施形態では、電子部品及び電子相互接続は、コンタクトレンズの光学部ではなく周辺部に作られる。代替実施形態によれば、電子部品の位置決めは、必ずしもコンタクトレンズの周辺部に限定されないことに注目することが重要である。本明細書に記載される電子構成要素は全て、薄膜技術及び／又は透明材料を利用して製作されてもよい。これらの技術が利用される場合、電子構成要素は、光学部品と適合性がある限り、任意の好適な位置に配置されてもよい。

図１７Ａ〜図１７Ｄは、瞼位置センサシステムが、回路１７００と併せて働くコンタクトレンズ１７０２に沿った複数の垂直点を覆うストリップを有するセンサである、代替実施形態を示す。ストリップ構成を有してもよいセンサの一例は、容量式センサである。図１７Ａは、ストリップ１７０８がコンタクトレンズ１７０２上で実質的に直線である一例を示す。ストリップ１７０８は、コンタクトレンズ１７０２を二等分する線に平行に配向されるものとして示されるが、二等分線に対して角度を付けた配向を有するか、又は弓状の形状を有してもよい。図１７Ｂは、ストリップ１７０８ａがコンタクトレンズ１７０２に沿って蛇行経路を取る一例を示す。図１７Ｃに示される実施形態では、ストリップ１７０８ｂの蛇行構成は、瞼が閉鎖状態に近付くと回路１７００によって検出される静電容量の変化を増加させる。静電容量の変化のレベルは閉瞼の量につながる。ストリップ構成を有してもよいセンサの別の例は、ダイヤフラムとストリップ構成を有する基部とを備えた圧電圧力トランスデューサである。瞼が閉じると、追加の圧力が瞼によって圧電圧力トランスデューサに加えられ、結果として閉瞼のレベルを判断する能力が許容される。垂直軸に沿って連続的に感知することで、複数のセンサにわたって粒度が改善され、その結果、瞼の位置の測定が改善される。図１７Ｄは、システムコントローラ１７１０、警告メカニズム１７１２、及び電源１７１４を含む、ストリップセンサ１７０８、１７０８ａ、１７０８ｂと併せて使用することができる電気回路を示す。更なる代替実施形態では、複数のストリップが存在する。角度付き及び／又は蛇行状のストリップ構成の利点は、コンタクトレンズが不適切に配向されている場合であっても依然として瞼の位置を検出できる点である。

デジタル信号処理ブロック及びシステムコントローラ（それぞれ図１４Ｂの１４１６及び１４１２、図１６Ｂのシステムコントローラ１６１０、並びに図１７Ｄのシステムコントローラ１７１０）の活性は、利用可能なセンサ入力、環境、及びユーザの反応に応じて決まる。入力、反応、及び決定閾値は、眼科調査、事前プログラミング、トレーニング、及び適合／学習アルゴリズムのうちの１つ又は２つ以上から判断されてもよい。例えば、瞼の動きの一般的な特性は、文献において十分に実証されており、広範囲のユーザの集団に適用可能であり、またシステムコントローラに事前プログラミングされてもよい。しかしながら、瞬きの頻度において一般に予期される反応及び／又は変化からの個人の偏差は、トレーニングセッションにおいて、又は電子眼用デバイスの動作における反応を精錬し続ける、適合／学習アルゴリズムの一部に記録されてもよい。一実施形態では、ユーザは、ユーザが近焦点を望むとき、デバイスと通信する手持ち式のフォブを作動させることによって、デバイスを訓練してもよい。次に、デバイスの学習アルゴリズムは、フォブ信号の前及び後でメモリ内のセンサ入力を参照して、内部決定アルゴリズムを精錬してもよい。このトレーニング期間は１日間続く場合があり、その後、デバイスは自立的にセンサ入力のみで動作し、フォブを必要としないであろう。

図１８Ａ及び図１８Ｂは、電動眼用レンズの１つ又は２つ以上の態様を制御するための瞳孔位置及び収縮検出システム１８００を表す図である。センサ１８０２は、瞳孔、又はより一般に目の動き及び／又は位置を検出する。センサ１８０２は、コンタクトレンズ１８０１上に多軸加速度計として実装されてもよい。コンタクトレンズ１８０１を目に付着させ、一般に目と共に動く状態で、コンタクトレンズ１８０１上の加速度計は眼球運動を追跡してもよい。任意の好適なデバイスはセンサ１８０２として利用されてもよく、２つ以上の単一のセンサ１８０２が利用されてもよいことに注目することが重要である。センサ１８０２の出力は、信号プロセッサ１８０４によって獲得され、サンプリングされ、かつ協調される。信号プロセッサ１８０４は、増幅器、トランスインピーダンス増幅器、アナログデジタル変換器、フィルタ、デジタル信号プロセッサ、及びセンサ１８０２からデータを受信し、システム１８００の残りの構成要素に適した形式で出力を生成する、関連する回路構成を含む、任意の数のデバイスを含んでもよい。信号プロセッサ１８０４は、アナログ回路構成、デジタル回路構成、ソフトウェア、及び／又はそれらの組み合わせを利用して実装されてもよい。少なくとも一実施形態では、信号プロセッサ１８０４はセンサ１８０２と共同設計され、例えば、加速度計の獲得及び協調のための回路構成は、筋肉活性センサ又は光学瞳孔トラッカーの回路構成とは異なる。少なくとも一実施形態における信号プロセッサ１８０４の出力は、サンプリングされたデジタルストリームであり、絶対若しくは相対位置、動き、収縮と一致する検出された注視、又は他のデータを含んでもよい。システムコントローラ１８０６は、信号プロセッサ１８０４からの入力を受信し、他の入力と併せてこの情報を使用して、着用者が眠っているか否かを判断する。システムコントローラ１８０６は、センサ１８０２及び信号プロセッサ１８０４から出力を受信する一方で、それら双方の活動を始動させてもよい。システムコントローラ１８０６は、信号プロセッサ１８０４及び／又は送受信器１８１０からの入力データを使用して、目の動きが検出されないときのＸ、Ｙ、及びＺ軸上の配向に基づくセンサ１８０２の配向に基づいて、着用者が横たわっているかを決定する。軸線が図１８Ｃに示されるような状態の場合、加速度計がＸ軸においてどちらかの方向で、又はＺ軸においてどちらかの方向で安定した加速を検出すると、着用者の頭部は水平配向を有する。加速度計がＹ軸において負の方向で安定した加速を検出すると、着用者の頭部は垂直である。加速度計が、Ｘ軸における安定した加速を伴って、又は伴わずに、Ｙ及びＺ軸において安定した加速を検出すると、着用者の頭部は前に傾いている。

図１８Ａ及び図１８Ｂは、アンテナ１８１２を通して通信を送信及び／又は受信する任意の送受信器１８１０を示す。この通信は、隣接したコンタクトレンズ、眼鏡、又は他のデバイスに源を発してもよい。送受信器１８１０は、システムコントローラ１８０６との双方向通信用に構成されてもよい。送受信器１８１０は、送受信器に一般的なフィルタリング、増幅、検出、及び処理回路構成を包含してもよい。送受信器１８１０の特定の詳細は、電子又は電動コンタクトレンズ向けに調整され、例えば、通信は、目の間の信頼性が高い通信に適切な周波数、増幅、及び形式、低消費電力、並びに調整要件を満たすものであってもよい。送受信器１８１０及びアンテナ１８１２は、無線周波数（ＲＦ）帯、例えば２．４ＧＨｚで働いてもよく、又は通信のために光を使用してもよい。送受信器１８１０から受信した情報、例えば配向を示す隣接したレンズからの情報は、システムコントローラ１８０６に入力される。システムコントローラ１８０６はまた、例えば警告メカニズム１８０８からのデータを送受信器１８１０に送信し、それが次にデータを、アンテナ１８１２を介して通信リンクを通してデータを送信する。

システムコントローラ１８０６は、フィールドプログラマブルゲートアレイ上に、マイクロコントローラ内に、又は他の任意の好適なデバイス内に、状態機械として実装されてもよい。本明細書に記載されるシステム１８００及び構成要素の電力は、電池、エネルギーハーベスタ、又は当業者には知られている類似のデバイスを含んでもよい、電源１８１４によって供給される。電源１８１４はまた、電力をコンタクトレンズ１８０１の他のデバイスに供給するために利用されてもよい。

少なくとも一実施形態における瞳孔位置検出システム１８００は、組み込まれ、並びに／あるいは別の方法でカプセルに封入され、生理食塩水コンタクトレンズ１８０１の環境から隔離される。

少なくとも一実施形態では、レンズは、レンズ保存ケースからの取出し、及び着用者の目へのレンズの挿入の少なくとも１つを検出するセンサを含む。検出を提供するであろうセンサの例としては、圧力センサ、リードスイッチ、塩分濃度センサ、バイオセンサ、及び容量センサが挙げられるが、それらに限定されない。これらのセンサは、少なくとも一実施形態では、光センサと併せて働いて、保存容器からレンズを取り出した後に起こる光の存在を検出する。センサの実施形態に対する更なる実施形態では、センサを監視するのに使用されるサンプリング速度は、事象の検出が監視された後で遅くされて、電力を保存すると共に、レンズを目から除去されたことの検出を可能にしてもよい。従来の実施形態に対する代替実施形態では、レンズが目に置かれていることを検出すると、センサは不活性化されるであろう。

圧力センサは様々な形態をとってもよい。一例は、アナログデジタル変換器を通してシステムコントローラに接続された、後方に面する圧力センサである。少なくとも一実施形態における後方に面する圧力センサは、レンズに部分的に封入され、アナログデジタル変換器はレンズに完全に封入され、レンズ内に存在する任意の回路基板の一部として含まれる。システムコントローラは、データ収集をシステムコントローラによって開始すべきであることを示す挿入閾値を越えて、圧力センサからの信号を受信すると、アキュムレータをリセットする。圧力センサからの信号が次に挿入閾値を下回って、レンズが除去されていて更なるデータ収集が不要であることが示されると、システムコントローラは、少なくとも一実施形態では警告メカニズムであってもよいデータマネージャに信号を送って、電流アキュムレータ値を記憶する。システムコントローラは、瞼が開いていることをシステムコントローラが検出したときにのみ、所定のスケジュールで圧力センサを散布リグする。圧力センサの別の例は、保存容器中に存在する生理食塩水からの圧力の除去を検出し、レンズの他の機能性を作動させる信号を提供する圧力センサである。圧力センサの更なる例は、インターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）を備えた表面弾性波共振器である。更に別の例は、圧力のレベルではなく、圧力があるかないかを検出する、二値接触圧力センサである。

リードスイッチの一例は、レンズを挿入する際の着用者の目から圧力の印加、又は使用のためにレンズを保存容器から取り出したときの圧力の除去によって、電力を回路要素の残りに提供する、レンズ内の回路を完成させる。それぞれの事象が起こると、リードスイッチは、回路を閉じて完成させて、システムコントローラと電源装置との間の電気接続をもたらす。リードスイッチ使用の別の例は、スイッチが作動すると二値出力を提供するものであり、二値出力は、回路の完成とは対照的に、スイッチが閉じていること（又はスイッチの配向に応じて、開いていること）の指示を提供する。

少なくとも一実施形態における塩分濃度センサ又はバイオセンサは、涙液中に存在する塩分濃度又は別の化学物質を検出するであろう。監視することができる物質の例としては、病原体、バイオマーカー、活性薬剤、及び化学物質が挙げられるが、それらに限定されない。バイオセンサの一例は、監視されている物質と結合して、存在する物質の量が増加するにつれて抵抗の増加をもたらすことができる、システムコントローラと電気的に通信している、抵抗性タブである。別の例は、特定の分子と反応してもよく、その場合の反応が、監視されている化学物質の存在を示す、物質、材料、又は混合物を包含する反応性チューブ（１つ以上）である。更に別の例は、特定の物質に対する親和性を有するように表面が機能化されているバイオセンサであり、センサの電気的性質、例えば容量又は電圧は、センサがそれに対して機能化されている物質の存在に反応して変動する。少なくとも一実施形態では、監視されている化学物質が涙液中のある物質の濃度に関連する場合、反応は、その物質と直接起こってもよく、又は監視されている物質の濃度を示してもよい別個の物質と起こってもよい。他の例では、他の電気活性の生物学的構成要素は、特定のチューブ内の導電性に影響を及ぼすことがあるので、チューブは、選択性の障壁で裏打ちされるか又はそれを含んで、監視されている物質以外の物質との干渉を最小限に抑えてもよい。監視されている物質の存在に反応してチューブの導電性が増加する代わりに、チューブは、監視されている物質の存在下で抵抗性が増加してもよい。更なる例は、特定の物質若しくは化学物質に対して選択的に透過性又は誘引性である材料を含む、中空チューブを有する。これらの例のいずれにおいても、二値出力を上回る物質のレベルを累進的に示すことが可能であってもよい。

容量センサは、後方に面するか又は前方に面してもよい。少なくとも一実施形態では、センサは、着用者の目が接触できる、後方に面するセンサであろう。更なる実施形態では、接触によって静電容量が挿入閾値を上回って変化して、レンズが挿入されたことが示されると、センサが不活性化されるか、又はそのサンプリング速度を減少させる。しかしながら、センサが後方に面する場合、片方の瞼が接触し、それによって静電容量が挿入閾値を上回って変化すると、レンズの挿入が確認される。更なる実施形態では、前方に面する容量センサはまた、瞼の位置の検出に使用されるであろう。

いくつかの電子構成要素を備える電動眼用レンズ等の複数のセンサを含み得る複合システムにおいて、動作するときに誤動作又は誤検出作動を起こす可能性を減少させることが好ましい。別の代替実施形態によれば、この実施形態は、意思決定プロセス及び／又は投票スキームを対象とし、それには複数のセンサからの入力が利用されて、不正確、不完全、若しくは誤った情報、生理学的条件の変化、並びに内部及び外部源からの雑音及び／又は干渉に基づいて、電動眼用レンズの状態が変更される可能性が実質的に低減される。例えば、瞬き検出において、制御システムは、目の刺激などによる不規則な瞬きパターンに基づいて、睡眠の始まりを判断すべきでない。しかしながら、単一のセンサからの入力又は単一のセンサ若しくは他のセンサからの誤った情報が原因で、システムコントローラによって間違った判断がなされることがある。例えば、目に加えられる圧力を考慮しないと、着用者が目を擦って、圧力センサ（１つ以上）に対する瞼の圧力よりも高い圧力が加わっているにもかかわらず、単に瞼を閉じただけで、睡眠の判断が始動されることがある。瞼位置センサを備える電動眼用レンズにおいて、瞼の動きを、特定の動作を起こすきっかけとして利用することもできる。例えば、個人が近距離の物体に焦点を合わせるために見下ろすとき、瞼が下垂する傾向があり、したがって、これを利用して、眼用レンズの状態を変化させてもよい。やはり、単一の入力のみが利用される場合、ヒトが眠気を催していて、瞼が下垂しているという事実により、誤った動作が行われることがある。これらのセンサは全て、電子又は電動眼用レンズに組み込まれた様々なシステムによって実施される動作のきっかけとして利用されてもよく、それらは全て独立して、又は限定された組み合わせで、潜在的に誤差が課せられる。睡眠の始まりの判断に直接関係する特定の態様を検出することが意図される、上述したセンサに加えて、周囲条件、雑音、及び干渉を監視することによって状態変更センサを改善する、他のセンサが使用されてもよい。例えば、周辺光を監視して、瞬き検出の精度、瞼の位置、及び瞳孔径センサが改善されてもよい。かかるセンサは、例えば、共通モード雑音及び干渉を控除することによって、他のセンサを増補するのに利用されてもよい。センサ入力は、履歴読取り値を記録するのに使用されてもよく、その読取り値は次に、例えば加速度計入力及び眼筋の収縮の両方を考慮して瞳孔の位置を判断する、複雑な決定アルゴリズムによって考慮される。本発明による投票スキームを利用することによって、着用者が眠っているか否かを判断する際の誤差の可能性が逓減されてもよく、また、より正確な測定が可能になってもよい。換言すれば、任意の所与の動作を起こすために、一次センサによって判断される所与の動作の裏付けとなる証拠を確認するため、又は入力を増補するために利用されてもよいセンサが存在する。また、感知されたデータは、追加又は代替の使用において、単に始動事象としてではなく収集プロセスの一部として利用されてもよいことに注目することが重要である。例えば、感知されたデータは、病状の治療において、収集、ロギング、及び利用されてもよい。換言すれば、かかるセンサを利用するデバイスは、ユーザの目に見える形で状態を変化させないことがあり、それよりもむしろ、デバイスは単にデータをロギングしてもよいことも認識されるべきである。

次に図１９を参照すると、警告メカニズム１９１２の状態を変更すべきかを判断するのにセンサ１９０２、１９０４、１９０６、及び１９０８が使用される、一般的なシステムが示される。センサ１９０２、１９０４、１９０６、及び１９０８は、瞬き動作、瞼の位置、瞳孔の位置、コンタクトレンズの配向、外部レンズ圧力などを含む、任意の数の潜在的入力を含んでもよい。センサの数及びタイプは、用途及びユーザによって決定される。各センサ１９０２、１９０４、１９０６、及び１９０８は、センサブロック、専用ブロック、又はシステムコントローラ１９１０内に包含される独自の信号協調を有してもよい。システムコントローラ１９１０は、各センサ１９０２、１９０４、１９０６、及び１９０８からの入力を受け入れる。次に、入力データを処理及び比較するルーチンを行う。これらの入力に基づいて、システムコントローラ１９１０は、警告メカニズム１９１２の状態を変更すべきかを判断する。例えば、瞼の下垂、少ない周辺光、及び垂直のレンズ配向の組み合わせは、システムコントローラ１９１０を始動させて、着用者がうとうとしていると判断し、警告メカニズム１９１２に信号を送って、着用者への警告及び／又はデータの記録を行ってもよい。同様に、閉瞼、着用者の垂直の配向、及び外部から瞼への圧力の組み合わせは、システムコントローラ１９１０を始動させて、睡眠の始まりがないと判断し、通常の動作を継続してもよい。閉瞼、着用者の水平の配向の組み合わせは、着用者の配向を所与とすると睡眠が意図的な睡眠である可能性が高いので、システムコントローラ１９１０を始動させて、睡眠の始まりを判断し、警告メカニズムに信号を送ってデータを記録する。様々なセンサからの入力はまた、意思決定能力を改善するようにシステムコントローラの構成を変更するのに利用されてもよく、例えば、周辺光が減少すると、コントローラは光センサの利得を増加させてもよい。システムコントローラはまた、センサをオン及び／又はオフにし、サンプリング速度を増加及び／又は減少させ、システムに他の変更を加えて、性能を最適化してもよい。

図２０は、システムコントローラ、例えば図１９に示されるシステムコントローラ１９１０が、センサをサンプリングし、アクチュエータの状態を変更し、最終的には電動眼用レンズの状態を変更する方法を示す。第１の工程は、センサをサンプリングする（２００２）。これには、他の要素を始動して、作動させ、ウォームアップさせ、校正させ、読み取らせ、調整させ、かつデータを出力させることを要してもよい。システムコントローラはまた、プログラミングされた値及び現在のデータに基づく構成情報、例えば、入射光の履歴に基づく光センサ増幅器の利得を各センサに提供してもよく、あるいはこれらの設定はシステムの他の要素によって判断されてもよい。次に、方法は、フィルタリング及び追加の調整（２００４）、例えばアナログとは対照的なデジタルフィルタリングを、ベースライン又は基準の結果に対する比較と共に行う。この工程の１つの目的は、正確で反復可能な決定を行うことができるように、次の工程のために入力データを適切に調整することである。次に、結果が、例えば瞼の位置及びエミッタ・検出器反応が、各センサから判断される（２００６）。この判断は、事前プログラミングされた閾値若しくは可変の閾値との比較、特定のパターンとの比較、又は他の任意の判断を伴ってもよい。結果は、前の工程から集計され、結果を重み付けし、決断がなされる（２００８）。この工程は、少なくとも一実施形態では、ユーザ毎のトレーニング及び好みに影響することがあり、決断の前に全てのセンサがサンプリングされていることが確保され、様々な重みが各センサの結果に加えられる。少なくとも一実施形態では、実世界の雑音及び干渉の存在下で、予測可能かつ反復可能な決断がなされる。上述したように警告メカニズムの状態を変更するという決断がなされた場合、この状態変更が警告メカニズムにおいて行われる（２０１０）。状態変更に関する決断にかかわらず、システムをサンプリングに戻し、別の一連の測定及び判断が行われてもよい（２０１２）。少なくとも一実施形態における図２０のプロセスを実行するのに要する合計時間は、どのようにして個人が自身の環境と自然に相互作用するかに類似して、システムがユーザ入力に反応するのに十分に短い。例えば、変倍焦点レンズを作動させるために利用された場合、システムは、生来の視力調節システムの焦点状態と同様に、約１秒以内で焦点状態を変化させるべきである。

代替実施形態では、システムは、電源及びシステムコントローラと電気的に通信している、メモリ保存コントローラを更に含む。メモリ保存コントローラは、所定の周波数で電源を試験して、残っているエネルギーレベルを判断する。残っているエネルギーが所定のエネルギー閾値未満のとき、メモリ保存コントローラは、システムコントローラに命令を送って、センサシステムをそれ以上サンプリングしないようにし、警告メカニズムに現在時間及び／又はアキュムレータ値の記録させる信号を送る。次に、レンズ上に存在するメモリ及び／又はデータ記憶装置内のデータを維持するため、電力が提供される。

所定のエネルギー閾値は、任意のメモリ又はデータ記憶装置に対する電力供給を維持するのに要する電力の推定値に基づく。更なる実施形態では、閾値は、メモリ及び／又はデータ記憶装置に対する電力の推定期間を依然として促進しながら、レンズの現在の稼働時間に基づいて調節される。時間に伴って閾値を調節する方法の一例は、レンズ内において期間をサンプリングすることによって測定される所定の時間が経過するたびにレジスタを減分するというものである。

更なる実施形態では、エネルギーレベル試験は、センサシステム（１つ以上）のサンプリングと併せて行われて、センサシステム（１つ以上）が読取り値（１つ以上）を提供しているときに生じるようなレンズの最大負荷下で、電源のエネルギーレベルが閾値と比較される。電源のエネルギーレベルが閾値未満である場合、次のエネルギーレベル試験に先立つ今度のセンササンプリングによって電源が空になり、それによってセンサシステム（１つ以上）が、利用可能な電力が不十分であるために不正確な読取り値を提供し、並びに／あるいは記憶されたデータが壊れて、データセットの信頼性が低くなる可能性が高い。

修正された代替実施形態では、メモリ保存コントローラは、センサ（１つ以上）をサンプリングしない期間の間、電源に対して疑似負荷をかける。例示のサンプリング期間としては、１分間、２分間、５分間、１０分間、１５分間、２０分間、及び３０分間が挙げられるが、それらに限定されない。電源を試験する他の例としては、装荷電圧を取得すること、特別な試験用波形を電池からのパルス電流に導入すること、並びに、電圧降下を測定し、その結果を、更なる実施形態では予期される残りの稼働時間を鑑みて下方に調節することができる所定の閾値と比較することが挙げられるが、それらに限定されない。

更なる代替実施形態では、メモリ保存コントローラは、警告メカニズムを監視して、残りの空間を判断する。残りの空間が自由空間閾値未満のとき、メモリ保存コントローラは、システムコントローラに信号を送って、追加の記憶用データが作られるのを回避するため、センサシステム（１つ以上）のサンプリングを停止する工程、データ記憶装置に信号を送って、メモリのフラッグをフルに設定し、現在記憶されているデータをシフトさせて、先入れ先出しの方策を使用して追加スペースを提供する工程、並びに、システムコントローラおよびセンサシステム（１つ以上）から電力を除去して、データ記憶装置のみに供給される電力を残す工程のうち、少なくとも１つを行わせる。

上述の実施形態に対する更なる実施形態では、メモリ保存コントローラはシステムコントローラの一部である。

少なくとも一実施形態では、システムは記憶装置ボックスを更に含む。記憶装置ボックスは、ハウジングに対してカバーを開いて、コンタクトレンズをハウジング内のキャビティに入れるのを容易にするため、１つの縁部に沿って接続されるハウジング及びカバーを含む。代替実施形態では、記憶装置ボックスは、消毒、監視、順序付け、及び外部接続の機能性を含んでもよい。消毒の機能性は、着用者が延長された期間にわたってレンズを使用することを可能にする。

更なる実施形態では、記憶装置ボックスは、挿入されたレンズと相互作用する、ＲＦＩＤアンテナなどのアンテナを含む。記憶装置ボックスはまた、前記アンテナ及び少なくとも１つのメモリと電気的に通信するコントローラを含み、そのメモリは、少なくとも一実施形態では、メモリスティックで使用されるようなフラッシュメモリである。相互作用の例としては、片方若しくは両方のレンズ上の電源を無線で再充電すること、レンズ（１つ以上）上に記憶されたデータを記憶装置ボックス内の（若しくはそれと通信している）メモリに転送すること、並びに、着用者に特異的な特性に基づくテンプレート及びマスクを記憶装置ボックスから少なくとも１つのレンズに転送することが挙げられる。

少なくとも一実施形態では、プロセッサは、記憶装置ボックス上における現在時間と相関されるようなデータ転送の時間における、現在のアキュムレータ読取り値に基づいて、タイムスタンプ情報を実際の時間へと変更するため、少なくおｔも１つのレンズから受信したデータを変換及び／又はフォーマットするように構成されている。代替実施形態では、記憶装置ボックスは、信号をレンズに送ってアキュムレータをゼロにリセットし、プロセッサは、アキュムレータがゼロにリセットされた時間をメモリに記録する。レンズを記憶装置ボックスに再挿入した後、プロセッサは現在時間を記録し、サンプリングサイクル数を判断する。レンズ（１つ以上）の除去後にサンプリングされたもの及び／又はレンズ（１つ以上）の動作状態に応じて、サンプリングサイクルが異なる長さである実施形態では、記憶装置ボックスは、記憶装置ボックスによって測定されるような、記憶装置ボックスからレンズ（１つ以上）を取り出してからレンズ（１つ以上）を記憶装置ボックスに戻すまでの時間差にわたって、サンプル周期を正規化する。

更なる実施形態では、図２１に示される記憶装置ボックスは、上述したハウジング及びカバーなどのハウジング内に収容された放射線殺菌ベースユニットと通信している、電気通信コネクタ２１０２を含む。電気通信コネクタ２１０２は、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）コネクタ、又は他のタイプのコネクタを含んでもよい。コネクタは、データ及び電力の一方又は両方を転送する端子を含んでもよい。いくつかの実施形態では、電気通信コネクタ２１０２は、放射線殺菌ベースユニット２１０４を動作させる電力を提供する。いくつかの実施形態はまた、１つ又は２つ以上の電池２１０６又は他の電力貯蔵デバイスを含んでもよい。いくつかの実施形態では、電池２１０６は、１つ又は２つ以上のリチウムイオン電池又は他の充電式デバイスを含む。電力貯蔵デバイスは、電気通信コネクタ２１０２を介して充電電流を受け取ってもよい。電池の少なくとも一実施形態では、放射線殺菌ベースユニット２１０４は、電池２１０６に貯蔵された電力を介して動作する。

いくつかの実施形態では、電気通信コネクタ２１０２は、ＡＣ電流又はＤＣ電流の単純供給源を含んでもよい。

各センサ入力は所望の焦点距離の変化以外の理由で変動してもよいことが認識されるべきである。例えば、目インピーダンスは、身体水和量、食塩摂取量、労作レベル、又は他の手段の変化によって経時的に変動してもよい。同様に、瞳孔径は周辺光レベルの変化によって変動してもよい。したがって、焦点距離の所望の変化と相関するために２つ以上の入力を必要とすることによって、又は他のセンサを増補するために特定のセンサ入力を使用することによって、複数のセンサ入力を組み合わせることで誤検出作動の可能性が低減することが明白であろう。

また、状態の変化を判断するのに使用される各センサ及びセンサの組み合わせの閾値は、安全性、反応時間、及びユーザの好みなどの多くの変数に依存することも明白であろう。投票スキームの特定のプログラミングは、多数の対象の臨床的観察及び特定のユーザに合わせた個別のプログラミングに基づいてもよい。投票スキームにおけるパラメータは、センサ入力、例えば閾値に依存してもよく、瞬き検出のための利得設定は周辺光に伴って変動することがある。

眼内レンズ、即ちＩＯＬは、目に埋め込まれ、水晶体と置き換えられるレンズである。白内障をもつ個人に対して、又は単に様々な屈折異常を治療するのに利用されてもよい。ＩＯＬは、一般的に、目の水晶体嚢内においてレンズを定位置で保持する、触角と呼ばれるプラスチックの横支柱を備えた、小さいプラスチックレンズを備える。本明細書に記載される電子部品及び／又は構成要素のいずれかが、コンタクトレンズに類似した方法で、ＩＯＬに組み込まれてもよい。

図示及び記載したものは最も実用的な実施形態であると考えられるが、記載し図示した特定の設計及び方法からの逸脱が当業者に対して提示され、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく使用されてもよいことは明白である。本発明は、記載し例証した特定の構成に限定されないが、添付の特許請求の範囲に含まれ得る全ての修正と一貫するように構成されているべきである。

〔実施の態様〕
（１） 電動眼用レンズであって、
コンタクトレンズと、
前記コンタクトレンズに組み込まれた瞼位置センサシステムであって、前記瞼位置センサシステムが、瞼の位置を検出する、互いから垂直方向に離隔された複数の個別のセンサを有するセンサアレイと、
前記センサアレイの個別のセンサをそれぞれサンプリングして、瞼の位置を検出し、出力制御信号を提供するように構成されたシステムコントローラと、
前記出力制御信号を受信するように構成されると共に、睡眠及び眠気の始まりのうち少なくとも１つを示す、ある時間にわたって前記瞼が閉じていたという前記システムコントローラによる判断に反応して、警告を提供すること及びデータを記憶することのうち少なくとも１つを行うことができる、少なくとも１つの警告メカニズムと、を含む、瞼位置センサシステムと、
を備える、電動眼用レンズ。
（２） 前記警告メカニズムが、前記警告として前記レンズの着用者の網膜及び前記レンズ自体のうち少なくとも１つの上に光を提供する、前記レンズ上に位置決めされた光源を備える、実施態様１に記載の電動眼用レンズ。
（３） 前記警告メカニズムが、前記警告として前記レンズの着用者の目を振動させるトランスデューサを備える、実施態様１に記載の電動眼用レンズ。
（４） 前記警告メカニズムが、角膜表面、及び角膜の少なくとも１つの知覚神経のうち少なくとも１つを刺激するように構成された電気シミュレータを備える、実施態様１に記載の電動眼用レンズ。
（５） 前記警告メカニズムが、前記コンタクトレンズの光学部の光学部修正を提供する、実施態様１に記載の電動眼用レンズ。

（６） 前記警告メカニズムと通信しており、前記警告メカニズムから受信した前記警告に反応して外部のデバイスに通知を送信するように構成された、少なくとも１つの電子通信構成要素を更に備える、実施態様１に記載の電動眼用レンズ。
（７） クロックを更に備え、
前記警告メカニズムが、前記システムコントローラによる睡眠の始まりの前記判断に反応して睡眠の開始を記憶すると共に、前記システムコントローラによる着用者の目覚めの判断に反応して睡眠の終了を記憶する、関連するメモリを備え、前記警告メカニズムが、前記睡眠の開始及び前記睡眠の終了と共に前記クロックからのタイムスタンプを記憶するように構成されている、実施態様１に記載の電動眼用レンズ。
（８） 前記メモリ及び前記クロックに接続された少なくとも１つの電子通信構成要素を更に備え、前記少なくとも１つの電子通信構成要素が、前記記憶されたデータに対する外部からの問い合わせに反応して、前記メモリからのデータ及び前記クロックからのタイムスタンプを取得するように構成されている、実施態様７に記載の電動眼用レンズ。
（９） 前記システムコントローラが、前記システムコントローラによって受信された状態入力に基づく少なくとも２つの状態のうちの１つで動作し、前記少なくとも２つの状態が覚醒中動作状態及び睡眠中動作状態を含み、前記少なくとも２つの状態が、前記システムコントローラによる睡眠の始まりの前記検出に基づいて前記警告が提供されるか否かについて、前記少なくとも１つの警告メカニズムの動作を制御する、実施態様１に記載の電動眼用レンズ。
（１０） 前記複数の個別のセンサが、前記目に入射する光を検出する光センサを備え、
前記瞼位置センサシステムが、
前記光センサから複数の入力を受信し、単一の信号を出力するように構成されたマルチプレクサと、
増幅器からの前記アナログ信号を更なる信号処理のためにサンプリングされたデジタル信号に変換するように構成されたアナログデジタル変換器と、
前記アナログデジタル変換器からの出力を受信し、下流で使用するために入射光の検出を可能にする、サンプリングされたデータのフィルタリング、処理、及び検出のうち１つ又は２つ以上を含む、デジタル信号処理を行うように構成されたデジタル信号プロセッサと、
を更に備える、実施態様１に記載の電動眼用レンズ。

（１１） 前記デジタル信号プロセッサが、着用者の命令に反応して判断される前記レンズの動作状態に基づいて、前記デジタル信号プロセッサによって使用するための瞬きテンプレート及び瞬きマスクの２つの組を記憶する、関連するメモリを備える、実施態様１０に記載の電動眼用レンズ。
（１２） 電源装置を更に備える、実施態様１に記載の電動眼用レンズ。
（１３） 前記複数の個別のセンサが、接触又は近接を検出し、それを示す信号を出力する容量式タッチセンサを備え、
前記センサシステムが、下流で使用するために容量に比例する信号を出力するセンサコンディショナを更に備える、実施態様１に記載の電動眼用レンズ。
（１４） 前記瞼位置センサシステムが、前記センサコンダクタからの複数の入力を受信し、単一の信号を前記システムコントローラに出力するように構成されたマルチプレクサを更に備える、実施態様１３に記載の電動眼用レンズ。
（１５） 前記瞼位置センサシステムが、複数の対の電動コンタクトレンズ間で作用を協調させる通信チャネルを更に備える、実施態様１に記載の電動眼用レンズ。

（１６） 眼球運動を追跡する少なくとも１つの加速度計を有し、前記システムコントローラが前記少なくとも１つの加速度計をサンプリングして瞳孔の位置を検出するように前記システムコントローラと通信する、瞳孔位置システムを更に備え、
前記システムコントローラが、瞳孔の位置及び瞼の位置の両方を使用して、前記睡眠及び眠気の始まりの少なくとも１つを判断する、実施態様１に記載の電動眼用レンズ。
（１７） 電動眼用レンズであって、
コンタクトレンズと、
前記コンタクトレンズに組み込まれた瞼位置センサシステムであって、前記瞼位置センサシステムが、瞼の位置を検出する、長さに沿って複数の垂直点を有する少なくとも１つのセンサストリップと、
前記センサアレイの個別のセンサをそれぞれサンプリングして、瞼の位置を検出し、出力制御信号を提供するように構成されたシステムコントローラと、
前記出力制御信号を受信するように構成されると共に、睡眠及び眠気の始まりのうち少なくとも１つを示す、ある時間にわたって前記瞼が閉じていたという前記システムコントローラによる判断に反応して、警告を提供すること及びデータを記憶することのうち少なくとも１つを行うことができる、少なくとも１つの警告メカニズムと、を含む、瞼位置センサシステムと、
を備える、電動眼用レンズ。
（１８） 前記警告メカニズムが、
前記警告として前記レンズの着用者の網膜及び前記レンズ自体のうち少なくとも１つの上に光を提供する、前記レンズ上に位置決めされた光源と、
前記警告として前記レンズの着用者の目を振動させるトランスデューサと、
角膜表面、及び角膜の少なくとも１つの知覚神経のうち少なくとも１つを刺激するように構成された電気シミュレータと、
前記コンタクトレンズの光学部の光学部修正を提供するトランスデューサと、のうち少なくとも１つを備える、実施態様１７に記載の電動眼用レンズ。
（１９） クロックを更に備え、
前記警告メカニズムが、前記システムコントローラによる睡眠の始まりの前記判断に反応して睡眠の開始を記憶すると共に、前記システムコントローラによる着用者の目覚めの判断に反応して睡眠の終了を記憶する、関連するメモリを備え、前記警告メカニズムが、前記睡眠の開始及び前記睡眠の終了と共に前記クロックからのタイムスタンプを記憶するように構成されている、実施態様１７に記載の電動眼用レンズ。
（２０） 電動眼用レンズであって、
眼内レンズと、
前記眼内レンズに組み込まれた瞼位置センサシステムであって、前記瞼位置センサシステムが、瞼の位置を検出する複数の個別のセンサを有するセンサアレイと、前記センサアレイの個別のセンサをそれぞれサンプリングして、瞼の位置を検出して着用者の眠気及び睡眠の始まりのうち少なくとも１つを判断し、出力制御信号を提供するように構成されたシステムコントローラと、前記出力制御信号を受信するように構成された少なくとも１つの警告メカニズムと、を含む、瞼位置センサシステムと、
を備える、電動眼用レンズ。

Claims (20)

1. 電動眼用レンズであって、
   コンタクトレンズと、
   前記コンタクトレンズに組み込まれた瞼位置センサシステムであって、前記瞼位置センサシステムが、瞼の位置を検出する、互いから垂直方向に離隔された複数の個別のセンサを有するセンサアレイと、
   前記センサアレイの個別のセンサをそれぞれサンプリングして、瞼の位置を検出し、出力制御信号を提供するように構成されたシステムコントローラと、
   前記出力制御信号を受信するように構成されると共に、睡眠及び眠気の始まりのうち少なくとも１つを示す、ある時間にわたって前記瞼が閉じていたという前記システムコントローラによる判断に反応して、警告を提供すること及びデータを記憶することのうち少なくとも１つを行うことができる、少なくとも１つの警告メカニズムと、を含む、瞼位置センサシステムと、
   を備える、電動眼用レンズ。
2. 前記警告メカニズムが、前記警告として前記レンズの着用者の網膜及び前記レンズ自体のうち少なくとも１つの上に光を提供する、前記レンズ上に位置決めされた光源を備える、請求項１に記載の電動眼用レンズ。
3. 前記警告メカニズムが、前記警告として前記レンズの着用者の目を振動させるトランスデューサを備える、請求項１に記載の電動眼用レンズ。
4. 前記警告メカニズムが、角膜表面、及び角膜の少なくとも１つの知覚神経のうち少なくとも１つを刺激するように構成された電気シミュレータを備える、請求項１に記載の電動眼用レンズ。
5. 前記警告メカニズムが、前記コンタクトレンズの光学部の光学部修正を提供する、請求項１に記載の電動眼用レンズ。
6. 前記警告メカニズムと通信しており、前記警告メカニズムから受信した前記警告に反応して外部のデバイスに通知を送信するように構成された、少なくとも１つの電子通信構成要素を更に備える、請求項１に記載の電動眼用レンズ。
7. クロックを更に備え、
   前記警告メカニズムが、前記システムコントローラによる睡眠の始まりの前記判断に反応して睡眠の開始を記憶すると共に、前記システムコントローラによる着用者の目覚めの判断に反応して睡眠の終了を記憶する、関連するメモリを備え、前記警告メカニズムが、前記睡眠の開始及び前記睡眠の終了と共に前記クロックからのタイムスタンプを記憶するように構成されている、請求項１に記載の電動眼用レンズ。
8. 前記メモリ及び前記クロックに接続された少なくとも１つの電子通信構成要素を更に備え、前記少なくとも１つの電子通信構成要素が、前記記憶されたデータに対する外部からの問い合わせに反応して、前記メモリからのデータ及び前記クロックからのタイムスタンプを取得するように構成されている、請求項７に記載の電動眼用レンズ。
9. 前記システムコントローラが、前記システムコントローラによって受信された状態入力に基づく少なくとも２つの状態のうちの１つで動作し、前記少なくとも２つの状態が覚醒中動作状態及び睡眠中動作状態を含み、前記少なくとも２つの状態が、前記システムコントローラによる睡眠の始まりの前記検出に基づいて前記警告が提供されるか否かについて、前記少なくとも１つの警告メカニズムの動作を制御する、請求項１に記載の電動眼用レンズ。
10. 前記複数の個別のセンサが、前記目に入射する光を検出する光センサを備え、
    前記瞼位置センサシステムが、
    前記光センサから複数の入力を受信し、単一の信号を出力するように構成されたマルチプレクサと、
    増幅器からの前記アナログ信号を更なる信号処理のためにサンプリングされたデジタル信号に変換するように構成されたアナログデジタル変換器と、
    前記アナログデジタル変換器からの出力を受信し、下流で使用するために入射光の検出を可能にする、サンプリングされたデータのフィルタリング、処理、及び検出のうち１つ又は２つ以上を含む、デジタル信号処理を行うように構成されたデジタル信号プロセッサと、
    を更に備える、請求項１に記載の電動眼用レンズ。
11. 前記デジタル信号プロセッサが、着用者の命令に反応して判断される前記レンズの動作状態に基づいて、前記デジタル信号プロセッサによって使用するための瞬きテンプレート及び瞬きマスクの２つの組を記憶する、関連するメモリを備える、請求項１０に記載の電動眼用レンズ。
12. 電源装置を更に備える、請求項１に記載の電動眼用レンズ。
13. 前記複数の個別のセンサが、接触又は近接を検出し、それを示す信号を出力する容量式タッチセンサを備え、
    前記センサシステムが、下流で使用するために容量に比例する信号を出力するセンサコンディショナを更に備える、請求項１に記載の電動眼用レンズ。
14. 前記瞼位置センサシステムが、前記センサコンダクタからの複数の入力を受信し、単一の信号を前記システムコントローラに出力するように構成されたマルチプレクサを更に備える、請求項１３に記載の電動眼用レンズ。
15. 前記瞼位置センサシステムが、複数の対の電動コンタクトレンズ間で作用を協調させる通信チャネルを更に備える、請求項１に記載の電動眼用レンズ。
16. 眼球運動を追跡する少なくとも１つの加速度計を有し、前記システムコントローラが前記少なくとも１つの加速度計をサンプリングして瞳孔の位置を検出するように前記システムコントローラと通信する、瞳孔位置システムを更に備え、
    前記システムコントローラが、瞳孔の位置及び瞼の位置の両方を使用して、前記睡眠及び眠気の始まりの少なくとも１つを判断する、請求項１に記載の電動眼用レンズ。
17. 電動眼用レンズであって、
    コンタクトレンズと、
    前記コンタクトレンズに組み込まれた瞼位置センサシステムであって、前記瞼位置センサシステムが、瞼の位置を検出する、長さに沿って複数の垂直点を有する少なくとも１つのセンサストリップと、
    前記センサアレイの個別のセンサをそれぞれサンプリングして、瞼の位置を検出し、出力制御信号を提供するように構成されたシステムコントローラと、
    前記出力制御信号を受信するように構成されると共に、睡眠及び眠気の始まりのうち少なくとも１つを示す、ある時間にわたって前記瞼が閉じていたという前記システムコントローラによる判断に反応して、警告を提供すること及びデータを記憶することのうち少なくとも１つを行うことができる、少なくとも１つの警告メカニズムと、を含む、瞼位置センサシステムと、
    を備える、電動眼用レンズ。
18. 前記警告メカニズムが、
    前記警告として前記レンズの着用者の網膜及び前記レンズ自体のうち少なくとも１つの上に光を提供する、前記レンズ上に位置決めされた光源と、
    前記警告として前記レンズの着用者の目を振動させるトランスデューサと、
    角膜表面、及び角膜の少なくとも１つの知覚神経のうち少なくとも１つを刺激するように構成された電気シミュレータと、
    前記コンタクトレンズの光学部の光学部修正を提供するトランスデューサと、のうち少なくとも１つを備える、請求項１７に記載の電動眼用レンズ。
19. クロックを更に備え、
    前記警告メカニズムが、前記システムコントローラによる睡眠の始まりの前記判断に反応して睡眠の開始を記憶すると共に、前記システムコントローラによる着用者の目覚めの判断に反応して睡眠の終了を記憶する、関連するメモリを備え、前記警告メカニズムが、前記睡眠の開始及び前記睡眠の終了と共に前記クロックからのタイムスタンプを記憶するように構成されている、請求項１７に記載の電動眼用レンズ。
20. 電動眼用レンズであって、
    眼内レンズと、
    前記眼内レンズに組み込まれた瞼位置センサシステムであって、前記瞼位置センサシステムが、瞼の位置を検出する複数の個別のセンサを有するセンサアレイと、前記センサアレイの個別のセンサをそれぞれサンプリングして、瞼の位置を検出して着用者の眠気及び睡眠の始まりのうち少なくとも１つを判断し、出力制御信号を提供するように構成されたシステムコントローラと、前記出力制御信号を受信するように構成された少なくとも１つの警告メカニズムと、を含む、瞼位置センサシステムと、
    を備える、電動眼用レンズ。

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