KR20170028254A - 안티-앨리어싱 광검출기 시스템 - Google Patents
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Abstract
콘택트 렌즈와 같은 급전식 안과용 장치용 안티-앨리어싱(anti-aliasing) 광검출기 시스템이 임의의 개수의 기능들을 위해 이용될 수 있다. 안티-앨리어싱 광검출기 시스템은 광검출기들의 어레이로부터의 전류를 급전식 안과용 장치의 다른 태양들에서 사용하기 위한 전압으로 변환한다. 안티-앨리어싱 광검출기 시스템은, 복수의 개별 광다이오드들을 포함하는 광다이오드 어레이, 전류를 전압으로 변환하기 위해 커패시터 및 스위치를 포함하는 적분 및 유지 회로, 및 아날로그-디지털 변환기를 포함한다. 안티-앨리어싱 광검출기 시스템은 저전력 소비, 넓은 동적 범위, 잡음 제거를 제공하고, 입사되는 주변 가시 광 뿐만 아니라 입사되는 적외선 광을 검출할 수 있다.
Description
본 발명은 급전식 또는 전자 안과용 렌즈 또는 다른 유사 장치에 관한 것이며, 보다 구체적으로는, 전류를, 적절한 잡음 제거/억제를 갖는 저전력 및/또는 높은 동적 범위 응용들에서 사용하기 위한 전압으로 변환하기 위해 적어도 하나의 커패시터 및 스위치를 갖는 적분기를 포함한 안티-앨리어싱(anti-aliasing) 광검출기 회로에 관한 것이다.
전자 장치가 계속하여 소형화됨에 따라, 다양한 용도를 위해 착용가능한 또는 매설가능한 마이크로전자 장치를 생성하기가 점점 더 쉬워지고 있다. 그러한 용도는 신체 화학성상(chemistry)의 양상을 모니터링하는 것, 측정에 응답하거나 외부 제어 신호에 응답해, 자동적으로 이루어지는 것을 비롯하여, 다양한 메커니즘을 통해 약물 또는 치료제의 제어된 투입량을 투여하는 것, 및 장기 또는 조직의 수행 능력(performance)을 증대시키는 것을 포함할 수 있다. 그러한 장치의 예는 포도당 주입 펌프, 심장 박동기(pacemaker), 제세동기(defibrillator), 심실 보조 장치(ventricular assist device) 및 경피신경 자극기(neurostimulator)를 포함한다. 새로운, 특히 유용한 응용 분야는 안과용의 착용가능한 렌즈 및 콘택트 렌즈이다. 예를 들어, 착용가능한 렌즈는 눈의 수행 능력을 증대시키거나 향상시키기 위해 전자적으로 조절가능한 초점을 갖는 렌즈 조립체를 포함할 수 있다. 다른 예에서, 조절가능한 초점을 갖거나 갖지 않는 착용가능한 콘택트 렌즈는 각막전(precorneal) (누액) 막 내의 특정 화학물질의 농도를 검출하기 위한 전자 센서를 포함할 수 있다. 렌즈 조립체에서의 매설된 전자기기의 사용은 전자기기와의 통신에 대한, 전자기기에 급전 및/또는 재-에너지 공급하는 방법에 대한, 전자기기를 상호접속시키는 것에 대한, 내부 및 외부 감지 및/또는 모니터링에 대한, 그리고 렌즈의 전반적인 기능 및 전자기기의 제어에 대한 잠재적 요건을 도입시킨다.
사람 눈은 수많은 색상을 분간하는 능력, 달라지는 광 조건에 대해 쉽게 조절되는 능력, 및 고속 인터넷 접속의 속도를 초과하는 속도로 신호 또는 정보를 뇌로 전송하는 능력을 갖는다. 근시(바투보기), 원시(멀리보기), 노안 및 난시 등의 시력 결함을 교정하기 위해 콘택트 렌즈 및 안내 렌즈(intraocular lens)와 같은 렌즈가 현재 이용되고 있다. 그러나, 추가의 구성요소를 포함하는 적절하게 설계된 렌즈는 시력 결함을 교정하는 데뿐만 아니라 시력을 향상시키는 데 이용될 수 있다.
콘택트 렌즈는 근시, 원시, 난시뿐만 아니라 다른 시력 결함을 교정하는 데 이용될 수 있다. 콘택트 렌즈는 또한 착용자의 눈의 본래 외양을 향상시키는 데 이용될 수 있다. 콘택트 렌즈 또는 "콘택츠(contacts)"는 간단히 눈의 전방 표면 상에 배치되는 렌즈이다. 콘택트 렌즈는 의료 장치로 간주되며 시력을 교정하기 위하여 그리고/또는 미용이나 다른 치료상의 이유로 착용될 수 있다. 콘택트 렌즈는 1950년대 이래로 시력을 개선하기 위해서 상업적으로 사용되어 왔다. 초기 콘택트 렌즈는 경질 재료로 만들어지거나 제조되었고, 비교적 고가이고 부서지기 쉬웠다. 또한, 이들 초기 콘택트 렌즈는 콘택트 렌즈를 통한 결막 및 각막으로의 충분한 산소 투과를 허용하지 않는 물질로 제조되었고, 이로 인해 잠재적으로 많은 불리한 임상 효과를 초래할 수 있었다. 이들 콘택트 렌즈가 여전히 이용되지만, 이들은 그들의 부족한 초기 편안함으로 인해 모든 환자에게 적합하지는 않다. 해당 분야의 이후의 개발에 의해 하이드로겔에 기반한 소프트 콘택트 렌즈가 생겼으며, 이는 매우 인기가 있고 현재 널리 이용된다. 구체적으로, 현재 이용가능한 실리콘 하이드로겔 콘택트 렌즈는 매우 높은 산소 투과성을 갖는 실리콘의 이점을, 하이드로겔의 입증된 편안함 및 임상 성능과 조합한다. 본질적으로, 이들 실리콘 하이드로겔 기반의 콘택트 렌즈는 더 높은 산소 투과성을 갖고, 일반적으로 초기의 경질 재료로 제조된 콘택트 렌즈보다 착용하기에 더 편안하다.
종래의 콘택트 렌즈는 위에서 간략하게 기재된 바와 같은 다양한 시력 문제를 교정하기 위해 특정 형상을 갖는 중합체 구조물이다. 향상된 기능을 달성하기 위해, 다양한 회로 및 구성요소들이 이들 중합체 구조물에 통합되어야 한다. 본 명세서에서 설명되는 바와 같이, 시력을 교정하기 위해서는 물론 시력을 향상시키는 것뿐만 아니라 부가의 기능을 제공하기 위해, 예를 들어, 제어 회로, 마이크로프로세서, 통신 장치, 전원, 센서, 액추에이터, 발광 다이오드, 및 소형 안테나가 주문 제작된 광전자 구성요소를 통해 콘택트 렌즈에 통합될 수 있다. 전자 및/또는 급전식 콘택트 렌즈가 줌인 및 줌아웃 능력을 통해 또는 단순히 렌즈의 굴절 능력을 수정하는 것을 통해 향상된 시력을 제공하도록 설계될 수 있다. 전자 및/또는 급전식 콘택트 렌즈는, 색상 및 분해능을 향상시키도록, 텍스트 정보를 표시하도록, 음성을 실시간으로 캡션으로 변환하도록, 내비게이션 시스템으로부터 시각적 단서를 제공하도록, 그리고 이미지 처리 및 인터넷 접속을 제공하도록 설계될 수 있다. 렌즈는 착용자가 낮은 조명 조건에서 볼 수 있도록 설계될 수 있다. 적절히 설계된 전자기기 및/또는 렌즈 상에서의 전자기기의 배열은, 예를 들어 가변 초점 광학 렌즈 없이 망막 상으로 이미지를 투사하는 것을 허용할 수 있고, 새로운 이미지 디스플레이를 제공할 수 있고, 심지어 기상 경보(wakeup alert)를 제공할 수 있다. 대안적으로, 또는 이들 기능 또는 유사한 기능들 중 임의의 것에 추가해, 콘택트 렌즈는 착용자의 생물지표(biomarker) 및 건강 표지(health indicator)의 비침습적 모니터링을 위한 구성요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 렌즈에 설치된 센서는 당뇨병 환자가 혈액을 채취할 필요 없이 누액막의 성분을 분석함으로써 혈당 수준을 감시하게 할 수 있다. 게다가, 적절히 구성된 렌즈는 콜레스테롤, 나트륨 및 칼륨 수준뿐만 아니라 다른 생물학적 지표를 모니터링하기 위한 센서들을 포함할 수 있다. 이는, 무선 데이터 송신기와 결합되어, 환자가 검사실에 가서 혈액을 채취하는 시간을 낭비할 필요 없이 의사가 환자의 혈액 화학성상에 거의 즉각적으로 접근하게 할 수 있다. 또한, 렌즈에 설치된 센서는 주변 광 조건을 보상하기 위해, 또는 깜박임 패턴을 결정하는 데 사용하기 위해 눈에 입사되는 광을 검출하는 데 이용될 수 있다.
장치들의 적절한 조합은 잠재적으로 무제한의 기능을 산출할 수 있지만, 광학 등급 중합체의 부분 상에의 추가의 구성요소의 포함과 연관된 많은 어려움이 존재한다. 일반적으로, 많은 이유로 인해 렌즈 상에 직접 그러한 구성요소를 제조하는 것이 어려울 뿐만 아니라, 비-평면 표면 상에 평면형 장치들을 장착하고 이들을 상호접속시키는 것도 어렵다. 일정한 축척으로 제조하는 것이 또한 어렵다. 렌즈 상에 또는 렌즈 내에 배치되는 구성요소는 눈 상의 액체 환경으로부터 구성요소를 보호하면서 단지 1.5 제곱센티미터의 투명 중합체 상으로 소형화 및 통합될 필요가 있다. 추가의 구성요소의 부가된 두께로 인해 착용자에게 편안하고 안전한 콘택트 렌즈를 제조하는 것이 또한 어렵다.
콘택트 렌즈와 같은 안과용 장치의 면적 및 체적 제약과, 안과용 장치가 이용될 환경을 고려하면, 장치의 물리적 실현은 대부분이 광학 플라스틱을 포함하는 비-평면 표면 상에 다수의 전자 구성요소를 장착하고 이들을 상호접속시키는 것을 비롯해 많은 문제를 극복하여야 한다. 따라서, 기계적으로 그리고 전기적으로 강건한 전자 콘택트 렌즈를 제공할 필요성이 존재한다.
이들이 급전식 렌즈이기 때문에, 안과용 렌즈에 대한 크기에서 배터리 기술이 주어진 경우, 전자기기를 구동하는 에너지 또는 보다 상세하게는 전류 소비가 관심사이다. 보통의 전류 소비에 더하여, 이러한 특성의 급전식 장치 또는 시스템은 일반적으로 대기 전류 비축, 잠재적으로 넓은 범위의 동작 파라미터에 걸쳐 동작을 보장하는 정확한 전압 제어 및 스위칭 능력, 및 잠재적으로 수년 동안 유휴 상태로 있은 후의 버스트 소비량(burst consumption), 예를 들어 한번의 충전으로 최대 18시간을 필요로 한다. 따라서, 요구되는 저전력 소비를 가지면서 저비용, 장기간 신뢰가능한 서비스, 안전 및 크기에 최적화되어 있는 시스템에 대한 필요성이 존재한다.
게다가, 급전식 렌즈와 연관된 기능의 복잡성 및 급전식 렌즈를 구성하는 모든 구성요소들 사이의 높은 수준의 상호작용으로 인해, 급전식 안과용 렌즈를 구성하는 전자기기 및 광학계의 전체적인 동작을 조정하고 제어할 필요가 있다. 따라서, 안전하고 저비용이며 신뢰할 수 있고, 낮은 전력 소비율을 가지며, 안과용 렌즈에 포함시키기 위해 크기조정가능한, 다른 구성요소들 모두의 동작을 제어하는 시스템에 대한 필요성이 있다.
급전식 또는 전자 안과용 렌즈들은 주변 조명 조건들, 착용자에 의한 깜박임, 및/또는 다른 장치로부터의 가시 또는 적외선 통신 신호들을 검출하기 위해 주변 또는 적외선 광 센서들을 채용할 수 있다. 깜박임 검출 또는 광-기반 통신은 급전식 안과용 렌즈의 하나 이상의 양상들을 제어하는 수단으로서 이용될 수 있다. 사람 눈은 대략 1 lux 내지 100,000 lux 초과의 광 수준들의 큰 동적 범위에 걸쳐 동작할 수 있다. 따라서, 급전식 안과용 렌즈들에서 사용하기에 적합한 광 센서들은 주변 광 수준들의 매우 넓은 동적 범위에 걸쳐 동작할 수 있어야 한다. 또한, 사용 시에 직면하는 조명 환경들은 입사광 에너지에 잡음 및 간섭을 생성하는 광원들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 사무실 형광 조명은, 미국에서와 같이 60 ㎐ 전기 시스템에서 동작할 때 120 ㎐의 속도로 가변하는 평균 광 수준의 대략 30%의 진폭을 갖는, 라인 주파수의 2배인 상당한 리플을 갖는다.
많은 시스템 및 제품에서, 예를 들어, 실내 광에 따라 밝기를 조절하는 텔레비전에서, 해질무렵에 켜지는 조명에서, 그리고 화면 밝기를 조절하는 전화에서 주변 광 센서 또는 광검출기가 이용된다. 전통적인 광검출기 시스템들은 입사광 에너지에 비례하는 광전류를 생성하기 위해 광다이오드를 채용하고, 원하는 기능들, 예컨대 원격 제어 또는 화면 밝기 조절을 구현하는 제어 회로들에 전압 신호를 제공하기 위해 트랜스임피던스 증폭기로서 배열된 연산 증폭기 회로(opamp circuit)를 채용한다. 일부 원격 제어 시스템들은 주변 광 제거 필터를 채용하고, 30 ㎑ 내지 50 ㎑ 범위의 주파수를 갖는 진폭-변조된 반송파를 수신하는데, 이는 원하는 변조된 반송파 신호를 통과시키고 원치않는 신호들을 제거하는 대역통과 필터링 스테이지로 전달된다. 그러나, 이러한 현재 이용된 광검출기 시스템들은 급전식 안과용 렌즈들에서 사용하기에 충분히 낮은 전력 소비 또는 충분히 높은 동적 범위를 갖지는 않는다. 게다가, 적외선 통신을 위한 주변 광 제거 필터들 및/또는 대역통과 필터의 사용은 동일한 센서에 의한 주변 조명 수준들의 검출을 방지하고, 주변 광 및 깜박임 검출을 위한 추가 회로 또는 센서들을 요구할 것이다.
이에 따라, 급전식 또는 전자 안과용 렌즈들 내에 포함하기에 적합한 광검출기 시스템에 대한 필요성이 존재한다. 이용되고 있는 광검출기 시스템은 바람직하게는 저전력 소비, 넓은 동적 범위, 잡음 제거, 및 주변 가시 광 및 적외선 광 둘 모두를 검출하는 능력을 갖는다.
본 발명에 따른 안티-앨리어싱 광검출기 시스템을 포함하는 급전식 또는 전자 안과용 렌즈는 간략하게 전술된 바와 같은 종래 기술과 연관된 한계를 극복한다.
일 태양에 따르면, 본 발명은 급전식 안과용 장치에 관한 것이다. 급전식 안과용 장치는 제1 출력 전류를 생성하는 하나 이상의 광다이오드들을 포함하는 제1 센서; 및 제1 출력 전류를 수신하고 그것을 제1 출력 전압으로 변환하는 제1 적분기로서, 제1 적분기는 제1 스위치 및 제1 커패시터를 포함하며 미리 결정된 적분 기간에 걸쳐 제1 출력 전류를 적분하도록 구성된, 상기 제1 적분기를 포함한다.
다른 태양에 따르면, 본 발명은 급전식 안과용 장치에 관한 것이다. 급전식 안과용 장치는 제1 출력 전류를 생성하는 하나 이상의 광다이오드들을 포함하는 제1 센서; 제1 출력 전류를 수신하고 그것을 하류측 사용을 위한 제1 출력 전압으로 변환하는 제1 적분기로서, 제1 적분기는 제1 스위치 및 제1 커패시터를 포함하며 미리 결정된 적분 기간에 걸쳐 제1 출력 전류를 적분하도록 구성된, 상기 제1 적분기; 및 기준 전압원을 포함하고, 제1 스위치는 제1 커패시터를 기준 전압원에 선택적으로 결합하도록 구성되고; 광다이오드들로부터의 제1 출력 전류의 일 성분은 입사광에 비례하고, 미리 결정된 적분 기간은 원치않는 신호의 주기의 함수이고, 제1 센서는 첫 번째로 프리차지 시간 간격 동안 제1 커패시터를 프리차지하기 위해 제1 스위치를 닫도록 그리고 이어서 두 번째로 미리 결정된 적분 기간 동안 제1 스위치를 열도록 추가로 구성되고, 하나 이상의 광다이오드들은 제1 커패시터에 선택적으로 결합되어 센서의 이득 및/또는 감도가 가변될 수 있도록 한다.
또 다른 태양에 따르면, 본 발명은 광 감지 장치에 관한 것이다. 광 감지 장치는 제1 출력 전류를 생성하는 하나 이상의 광다이오드들을 포함하는 제1 센서; 및 제1 출력 전류를 수신하고 그것을 제1 출력 전압으로 변환하는 제1 적분기로서, 제1 적분기는 제1 스위치 및 제1 커패시터를 포함하며 미리 결정된 적분 기간에 걸쳐 제1 출력 전류를 적분하도록 구성된, 상기 제1 적분기를 포함한다.
본 발명은, 포함되는 경우 가변 초점 광학계의 작동을 비롯한 임의의 개수의 기능들을 수행하는 전자 시스템을 포함하는 급전식 안과용 장치, 예컨대 콘택트 렌즈에 관한 것이다. 전자 시스템은 하나 이상의 배터리들 또는 다른 전원들, 전력 관리 회로, 하나 이상의 센서들, 클록 생성 회로, 제어 알고리즘들 및 회로, 및 렌즈 구동기 회로를 포함한다. 또한, 본 발명에 따른 전자 시스템은 광검출기들의 어레이로부터의 전류를 급전식 안과용 장치의 다른 태양들에서 사용하기 위한 전압으로 변환하기 위한 광검출기 시스템을 추가로 포함한다.
본 발명의 광검출기 시스템은, 복수의 개별 광다이오드들을 포함하는 광다이오드 어레이, 전류를 전압으로 변환하기 위해 커패시터 및 스위치를 포함하는 적분 및 유지 회로(integrate-and-hold circuit), 및 아날로그-디지털 변환기를 포함한다. 어레이를 포함하는 광다이오드들의 개수는 시스템의 감도를 변경시키기 위해 가변될 수 있다. 적분 및 유지 회로는 연산 증폭기를 대신함으로써 장치의 전력 소비를 감소시키고, 또한 유효 안티-앨리어싱 필터로서 작용함으로써 추가적인 필터가 요구되지 않기 때문에 시스템의 전체 크기를 감소시킨다. 다른 실시예들에서, 추가적인 회로가 암전류 또는 누설 전류를 보상하기 위해 이용될 수 있다. 본 발명의 광검출기 시스템은 저전력 소비, 넓은 동적 범위, 잡음 제거, 및 입사되는 주변 가시 광 뿐만 아니라 입사되는 적외선 광을 검출하는 능력을 제공한다.
본 발명에 따른 광검출기 시스템은 간략하게 전술된 바와 같은 종래 기술과 연관된 한계를 극복한다. 보다 구체적으로, 본 발명의 광검출기 시스템은 주변 광 수준들의 넓은 동적 범위에 걸쳐 입사되는 가시 광 및 적외선 통신 신호들을 검출할 수 있고 매우 낮은 전력으로 동작할 수 있다. 본 발명의 광검출기 시스템은 또한 그의 크기를 고려하면 콘택트 렌즈와 같은 급전식 안과용 장치 내에 보다 쉽게 통합될 수 있다.
본 발명의 상기의 그리고 다른 특징들 및 이점들은, 첨부 도면에 예시된 바와 같이, 하기로부터, 더 구체적으로는, 본 발명의 바람직한 실시예들의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 광검출기 시스템을 포함하는 예시적인 콘택트 렌즈를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 광검출기 시스템의 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 광검출기 시스템과 연관된 신호들의 예시적인 타이밍도이다.
도 4는 본 발명에 따른 광검출기 시스템의 주파수 응답을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 암전류 소거를 갖는 광검출기 시스템의 개략도이다.
도 6은 본 발명에 따른 예시적인 집적 회로 다이 상의 광 차단 영역 및 광 통과 영역의 개략도이다.
도 7은 본 발명에 따른 급전식 또는 전자 콘택트 렌즈 내에 위치된, 광검출기 시스템을 포함하는 예시적인 전자 삽입물의 개략도이다.
도 1은 본 발명에 따른 광검출기 시스템을 포함하는 예시적인 콘택트 렌즈를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 광검출기 시스템의 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 광검출기 시스템과 연관된 신호들의 예시적인 타이밍도이다.
도 4는 본 발명에 따른 광검출기 시스템의 주파수 응답을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 암전류 소거를 갖는 광검출기 시스템의 개략도이다.
도 6은 본 발명에 따른 예시적인 집적 회로 다이 상의 광 차단 영역 및 광 통과 영역의 개략도이다.
도 7은 본 발명에 따른 급전식 또는 전자 콘택트 렌즈 내에 위치된, 광검출기 시스템을 포함하는 예시적인 전자 삽입물의 개략도이다.
종래의 콘택트 렌즈는 위에서 간략하게 기재된 바와 같은 다양한 시력 문제를 교정하기 위해 특정 형상을 갖는 중합체 구조물이다. 향상된 기능을 달성하기 위해, 다양한 회로 및 구성요소들이 이들 중합체 구조물에 통합될 수 있다. 본 명세서에서 설명되는 바와 같이, 시력을 교정하기 위해서는 물론 시력을 향상시키는 것뿐만 아니라 부가의 기능을 제공하기 위해, 예를 들어, 제어 회로, 마이크로프로세서, 통신 장치, 전원, 센서, 액추에이터, 발광 다이오드, 및 소형 안테나가 주문 제작된 광전자 구성요소를 통해 콘택트 렌즈에 통합될 수 있다. 전자 및/또는 급전식 콘택트 렌즈가 줌인 및 줌아웃 능력을 통해 또는 단순히 렌즈의 굴절 능력을 수정하는 것을 통해 향상된 시력을 제공하도록 설계될 수 있다. 전자 및/또는 급전식 콘택트 렌즈는, 색상 및 분해능을 향상시키도록, 텍스트 정보를 표시하도록, 음성을 실시간으로 캡션으로 변환하도록, 내비게이션 시스템으로부터 시각적 단서를 제공하도록, 그리고 이미지 처리 및 인터넷 접속을 제공하도록 설계될 수 있다. 렌즈는 착용자가 낮은 조명 조건에서 볼 수 있도록 설계될 수 있다. 적절하게 설계된 전자기기 및/또는 렌즈 상에서의 전자기기의 배열은, 예를 들어 가변 초점 광학 렌즈 없이 망막 상으로 이미지를 투사하는 것을 허용할 수 있고, 새로운 이미지 디스플레이를 제공할 수 있고, 심지어 기상 경보를 제공할 수 있다. 대안적으로, 또는 이들 기능 또는 유사한 기능들 중 임의의 것에 추가해, 콘택트 렌즈는 착용자의 생물지표 및 건강 표지의 비침습적 모니터링을 위한 구성요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 렌즈에 설치된 센서는 당뇨병 환자가 혈액을 채취할 필요 없이 누액막의 성분을 분석함으로써 혈당 수준을 감시하게 할 수 있다. 게다가, 적절히 구성된 렌즈는 콜레스테롤, 나트륨 및 칼륨 수준뿐만 아니라 다른 생물학적 지표를 모니터링하기 위한 센서들을 포함할 수 있다. 이는 무선 데이터 송신기와 결합되어 환자가 검사실에 가서 혈액을 채취하는 시간을 낭비할 필요 없이 의사가 환자의 혈액 화학성상에 거의 즉각적으로 접근하게 할 수 있다. 또한, 렌즈에 설치된 센서는 주변 광 조건을 보상하기 위해, 또는 깜박임 패턴을 결정하는 데 사용하기 위해 눈에 입사되는 광을 검출하는 데 이용될 수 있다.
본 발명의 급전식 또는 전자 콘택트 렌즈는 전술된 시력 결함들 중 하나 이상을 가지고 있는 환자의 시력을 교정하고/하거나 향상시키는 데 또는 유용한 안과용 기능을 달리 수행하는 데 필요한 요소를 포함한다. 게다가, 전자 콘택트 렌즈는 전술된 바와 같이 단순히 보통의 시력을 향상시키기 위해 또는 매우 다양한 기능을 제공하기 위해 이용될 수 있다. 전자 콘택트 렌즈는 가변 초점 광학 렌즈, 콘택트 렌즈에 매설되어 있는 또는 임의의 적합한 기능을 위해 렌즈 없이 단지 전자기기를 간단히 매설하고 있는 조립된 전방 광학계를 포함할 수 있다. 본 발명의 전자 렌즈는 전술된 바와 같이 임의의 개수의 콘택트 렌즈들 내에 포함될 수 있다. 더욱이, 안내 렌즈들은 또한 본 명세서에 기술된 다양한 구성요소들 및 기능을 포함할 수 있다. 그러나, 설명의 편의상, 본 개시 내용은 일회용으로 매일 교체하도록 의도된, 시력 결함을 교정하는 전자 콘택트 렌즈를 중점적으로 다룰 것이다.
본 발명은 수행될 수 있는 임의의 개수의 많은 기능들을 구현하도록 구성된 가변 초점 광학계 또는 임의의 다른 장치 또는 장치들을 작동시키는 전자 시스템을 포함하는 급전식 안과용 렌즈 또는 급전식 콘택트 렌즈에서 채용될 수 있다. 전자 시스템은 하나 이상의 배터리들 또는 다른 전원들, 전력 관리 회로, 하나 이상의 센서들, 클록 생성 회로, 제어 알고리즘들 및 회로, 및 렌즈 구동기 회로를 포함한다. 이들 구성요소의 복잡성은 렌즈의 요구되는 또는 원하는 기능에 따라 변할 수 있다.
전자 또는 급전식 안과용 렌즈의 제어는 렌즈와 통신하는 수동 조작식 외부 장치, 예를 들어 핸드헬드 원격 유닛을 통해 달성될 수 있다. 예를 들어, 포브(fob)가 착용자로부터의 수동 입력에 기초하여 급전식 렌즈와 무선으로 통신할 수 있다. 대안적으로, 급전식 안과용 렌즈의 제어는 착용자로부터의 직접적인 피드백 또는 제어 신호들을 통해 달성될 수 있다. 예를 들어, 렌즈에 설치된 센서는 깜박임들 및/또는 깜박임 패턴들을 검출할 수 있다. 패턴 또는 일련의 깜박임들에 기초하여, 급전식 안과용 렌즈는 가까운 물체 또는 먼 물체에 초점을 맞추기 위해, 상태 예를 들어 그의 굴절력을 변경시킬 수 있다.
대안적으로, 급전식 또는 전자 안과용 렌즈에서의 깜박임 검출은, 다른 전자 장치를 활성화하는 것, 또는 다른 전자 장치에 명령을 전송하는 것과 같이, 사용자와 전자 콘택트 렌즈 사이에 상호작용이 있는 다른 다양한 용도들을 위해 이용될 수 있다. 예를 들어, 안과용 렌즈에서의 깜박임 검출은 컴퓨터 상의 카메라와 함께 이용될 수 있는데, 카메라는 눈(들)이 컴퓨터 화면 상에서 어디로 이동하는지를 추적하고, 사용자가 그것이 검출한 깜박임 시퀀스를 실행할 때, 그것은 마우스 포인터로 하여금 명령, 예컨대 항목의 더블 클릭, 항목의 강조, 또는 메뉴 항목의 선택을 수행하도록 한다.
깜박임 검출 알고리즘은, 깜박임들의 특징들, 예를 들어, 안검이 열리거나 또는 닫히는 경우, 깜박임의 지속기간, 깜박임 간 지속기간, 및 주어진 기간에서의 깜박임들의 수를 검출하는 시스템 제어기의 구성요소일 수 있다. 본 발명에 따른 알고리즘은 소정의 샘플 레이트로 눈에 입사되는 샘플링 광에 의존한다. 미리 결정된 깜박임 패턴들이 저장되고, 입사광 샘플들의 최신 이력과 비교된다. 패턴들이 정합할 때, 깜박임 검출 알고리즘은 시스템 제어기에서의 활동을 트리거하여, 예를 들어 렌즈 구동기를 활성화하여 렌즈의 굴절력을 변경할 수 있다.
깜박임은 안검의 빠른 닫힘 및 열림이고, 눈의 본질적인 기능이다. 깜박임은 눈을 이물질로부터 보호하는데, 예를 들어, 사람은 물체가 예기치 않게 눈에 근접하여 나타날 때 눈을 깜박인다. 깜박임은 누액을 확산시킴으로써 눈의 전방 표면에 걸쳐 윤활을 제공한다. 깜박임은 또한 눈으로부터 오염물 및/또는 자극물을 제거하는 역할을 한다. 보통, 깜박임은 자동으로 행해지지만, 자극물에 의한 경우에서처럼 외부 자극이 원인이 될 수 있다. 그러나, 깜박임이 또한 의도적일 수 있는데, 예를 들어 말로 또는 제스처로 의사 소통을 할 수 없는 사람이 "예"에 대해 한번 깜박거리고 "아니오"에 대해 두번 깜박거릴 수 있다. 본 발명의 깜박임 검출 알고리즘 및 시스템은 보통의 깜박임 응답과 혼동될 수 없는 깜박임 패턴을 이용한다. 다시 말하면, 깜박임이 작용을 제어하는 수단으로서 이용되는 경우, 주어진 작용에 대해 선택된 특정의 패턴이 랜덤하게 일어날 수 없으며, 그렇지 않은 경우, 의도하지 않은 작용이 일어날 수 있다. 깜박임 속도가 피로, 눈 부상, 약물 및 질병을 비롯한 다수의 인자들에 의해 영향을 받을 수 있기 때문에, 제어 목적을 위한 깜박임 패턴들은 바람직하게는 이들 및 깜박임에 영향을 미치는 임의의 다른 변수들을 고려한다. 비자발적인 깜박임의 평균 길이는 약 100 내지 400 밀리초의 범위에 있다. 평균적인 성인 남성 및 여성은 분당 10번의 비자발적인 깜박임의 속도로 눈을 깜박이고, 비자발적인 깜박임들 사이의 평균 시간은 약 0.3 내지 70초이다. 사람의 깜박임 속도가 다른 인자들로 인해 변경될 수 있는데, 예를 들어, 사람이 집중하고 있거나 독서 중일 때 깜박임이 감소하고 사람이 지루해할 때 깜박임이 증가한다는 것에 유의하는 것이 중요하다.
그러나, 위에서 기재된 바와 같이, 본 발명의 광검출기 시스템은 깜박임 검출의 기능 이외의 추가적인 기능을 위해 설계되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 본 발명의 광검출기 시스템은 임의의 목적을 위해 입사되는 가시 광 및/또는 적외선 통신 신호들을 검출하기 위해 이용될 수 있다.
도 1은 광검출기 시스템(102), 신호 처리 회로(104), 시스템 제어기(106), 전원(108) 및 액추에이터(110)를 포함하는 예시적인 급전식 또는 전자 콘택트 렌즈(100)를 블록도 형태로 도시한다. 콘택트 렌즈(100)가 사용자의 눈의 전방 표면 상으로 배치될 때, 광검출기 시스템(102)은 주변 광, 입사광 수준들의 변동 또는 적외선 통신 신호들을 검출하기 위해 이용될 수 있다. 예시적인 급전식 콘택트 렌즈(100)를 포함하는 구성요소들 각각의 기능 및 동작은 아래에서 기술된다.
이러한 예시적인 실시예에서, 광검출기 시스템(102)은 콘택트 렌즈(100) 내에 매설될 수 있고, 주변 또는 적외선 광(101)을 수신할 수 있고, 콘택트 렌즈(100)에 입사되는 광 에너지를 나타내는 값을 갖는 데이터 신호(112)를 신호 처리 회로(104)로 제공할 수 있다. 광검출기 시스템(102) 및 신호 처리 회로(104)는 양방향 통신을 위해 구성될 수 있다. 다시 말하면, 신호 처리 회로(104)는 하나 이상의 신호들을 광검출기 시스템(102)으로 제공할 수 있는데, 그의 예들은 이후에 기재된다. 신호 처리 회로(104)는 하류측 사용을 위한 입사광 검출을 허용하기 위해 데이터의 필터링, 처리, 검출, 및 다른 방식으로의 조작/처리 중 하나 이상을 포함한 디지털 신호 처리에 이용될 수 있다.신호 처리 회로(104)는 특정 깜박임 패턴들 또는 적외선 통신 프로토콜들을 나타내는 광 변동의 미리 결정된 시퀀스들을 검출하도록 구성될 수 있다. 미리 결정된 시퀀스의 검출 시에, 신호 처리 회로(104)는 표시 신호(114)를 시스템 제어기(106)로 제공할 수 있고, 이에 응답하여, 시스템 제어기(106)는 예를 들어, 액추에이터(110)의 진폭 또는 듀티 사이클과 같은 동작 파라미터를 인에이블, 디스에이블 또는 변경함으로써, 액추에이터(110)의 상태를 변경하도록 작용할 수 있다. 시스템 제어기(106) 및 신호 처리 회로(104)는 양방향 통신을 위해 구성될 수 있다. 다시 말하면, 시스템 제어기(106)는 하나 이상의 신호들을 신호 처리 회로(104)로 제공할 수 있는데, 그의 예들은 이후에 기재된다.
시스템 제어기(106)는 시스템의 동적 범위를 최대화하기 위하여 피드백 신호를 광검출기 시스템(102)에 제공하여 주변 광 수준들에 응답하여 광검출기 시스템(102)의 이득을 조절할 수 있다.
일부 실시예들에서, 신호 처리 회로(104)는 디지털 논리 회로로서 구현될 수 있고, 광검출기 시스템(102)은 디지털 데이터 신호(112)를 제공하도록 구성될 수 있다. 시스템 제어기(106)도 또한 디지털 논리 회로로서 구현될 수 있고, 별도의 구성요소로서 구현되거나 신호 처리 회로(104)와 일체형일 수 있다. 신호 처리 회로(104) 및 시스템 제어기(106)는 당업자들에게 잘 알려져 있는 바와 같은 커스텀 로직(custom logic), 재프로그래밍가능한 로직 또는 하나 이상의 마이크로제어기들로 구현될 수 있다. 신호 처리 회로(104) 및 시스템 제어기(106)는 시스템의 상태 또는 데이터 신호(112)의 값들의 이력을 유지하기 위해 관련 메모리를 포함할 수 있다. 임의의 적합한 배열 및/또는 구성이 이용될 수 있다는 것에 유의하는 것이 중요하다.
전원(108)은 콘택트 렌즈(100)를 포함한 많은 구성요소들에 전력을 공급한다. 전력은 배터리, 에너지 회수 장치, 또는 당업자에게 공지된 바와 같은 다른 적합한 수단으로부터 공급될 수 있다. 본질적으로, 임의의 유형의 전원(108)이 시스템의 모든 다른 구성요소들에 신뢰성 있는 전력을 제공하기 위해 이용될 수 있다. 미리 결정된 시퀀스 또는 메시지 값을 갖는 깜박임 시퀀스 또는 적외선 통신 신호가 위에서 기재된 바와 같은 시스템 제어기 및/또는 시스템의 상태를 변경하기 위해 이용될 수 있다. 또한, 시스템 제어기(106)는 신호 프로세서(104)로부터의 입력에 따라 급전식 콘택트 렌즈의 다른 태양들을 제어할 수 있는데, 예를 들어 액추에이터(110)를 통해 전자 제어식 렌즈의 초점 또는 굴절력을 변화시킬 수 있다. 도시된 바와 같이, 전원(108)은 다른 구성요소들 각각에 접속되고, 전력을 필요로 하는 임의의 추가적인 요소 또는 기능 블록에 접속될 것이다.
액추에이터(110)는 수신된 명령 신호에 기초하여 특정 작용을 구현하기 위한 임의의 적합한 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 깜박임 활성화 시퀀스가 전술된 바와 같이 검출되는 경우, 시스템 제어기(106)는 액추에이터(110)가 전자 또는 급전식 렌즈의 가변 광학계 요소를 제어하는 것을 가능하게 할 수 있다. 액추에이터(110)는 전기 장치, 기계 장치, 자기 장치, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 액추에이터(110)는 전원(108)으로부터의 전력에 더하여 시스템 제어기(106)로부터의 신호를 수신하고, 시스템 제어기(106)로부터의 신호에 기초하여 일부 작용을 생성한다. 예를 들어, 시스템 제어기(106)의 신호가 착용자가 가까운 물체에 초점을 맞추려고 시도하는 것을 나타내는 경우, 액추에이터(110)는, 예를 들어 동적 다중-액체 광학 구역을 통해 전자 안과용 렌즈의 굴절력을 변경하는 데 이용될 수 있다. 대안의 예시적인 실시예에서, 시스템 제어기(106)는 치료제가 눈(들)에 전달되어야 한다는 것을 나타내는 신호를 출력할 수 있다. 이러한 예시적인 실시예에서, 액추에이터(110)는 펌프 및 저장소, 예를 들어 미세전자기계 시스템(microelectromechanical system, MEMS) 펌프를 포함할 수 있다. 위에서 기재된 바와 같이, 본 발명의 급전식 렌즈는 다양한 기능을 제공할 수 있고, 따라서, 하나 이상의 액추에이터들이 기능을 구현하도록 다양하게 구성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 광검출기 시스템(200)을 부분 개략도, 부분 블록도 형태로 도시한다. 광검출기 시스템(200)은 복수의 개별 광다이오드들을 포함하는 광다이오드 어레이(202), 적분 및 유지 회로(204), 및 출력 데이터 신호(208)를 제공하는 아날로그-디지털 변환기(206)를 포함한다. 광다이오드 어레이(202)는 캐소드 노드(210)에 선택적으로 결합된 캐소드 단자들을 갖는 하나 이상의 광다이오드들(DG1 내지 DG5)을 포함한다. 다른 예시적인 실시예들에서, 광다이오드 어레이(202)는 추가적인 광다이오드들, 더 적은 광다이오드들 또는 심지어 단일 광다이오드를 포함할 수 있다. 선택적 결합은 신호 처리 회로, 예를 들어, 도 1에 도시된 신호 처리 회로(104)에 의해 제공될 수 있는 이득 신호(pd_gain)의 값에 의해 결정된다. 광다이오드 구성물의 상세한 설명은 이후에 주어진다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 광다이오드들(DG1 내지 DG5) 중 하나의 광다이오드가 캐소드 노드(210)에 결합되지 않을 때, 그의 캐소드 단자는 회로 접지에 결합되어 반도체 다이오드 접합과 연관된 기생 정전용량을 방전하도록 할 수 있다. 하나 이상의 광다이오드들(DG1 내지 DG5)은 입사광(212)에 응답하여 광전류를 생성한다. 실리콘 반도체 광다이오드들은 전형적으로 입사광 에너지에 비례하는 값을 갖는 광전류를 생성하고, 또한 누설 메커니즘들로 인해 "암전류"를 생성하는데, 이는 입사광에 독립적으로 존재하고 광다이오드를 가로질러 온도 및 전압에 비례할 수 있다. 따라서, 광다이오드 어레이(202)에 의해 생성된 전체 전류는 입사광(212)에 의해 결정된 성분 및 선택된 하나 이상의 광다이오드들(DG1 내지 DG5)에 의해 생성된 암전류 성분을 포함한다. 실리콘 반도체 광다이오드들은 접합 정전용량을 추가로 포함한다.
적분 및 유지 회로(204)는 적분 커패시터(Cint), 유지 스위치(S3) 및 프리차지 스위치(S4)를 포함한다. 유지 스위치(S3)는 유지 신호(holdB)의 값에 기초하여 캐소드 노드(210)를 적분 커패시터(Cint)에 선택적으로 결합한다. 바람직하게, 유지 스위치(S3)는 유지 신호(holdB)가 논리 1 또는 하이(high) 전압 값을 제시할 때 닫히도록 그리고 유지 신호(holdB)가 논리 0 또는 로우(low) 전압 값을 제시할 때 열리도록 구성된다. 프리차지 스위치(S4)는 프리차지 신호(PRECHRG)의 값에 기초하여 적분 커패시터(Cint)를 기준 전압(vref)에 선택적으로 결합한다. 바람직하게, 프리차지 스위치(S4)는 프리차지 신호(PRECHRG)가 논리 1 또는 하이 전압 값을 제시할 때 닫히도록 그리고 프리차지 신호(PRECHRG)가 논리 0 또는 로우 전압 값을 제시할 때 열리도록 구성된다. 적분 커패시터(Cint)는 적분된 출력 전압 노드(Int_vout)에 추가로 결합된다. 동작 시에, 적분 커패시터(Cint)는 기준 전압(vref)으로 프리차지되고, 이어서 광다이오드 어레이(202)에 의해 인출된 전류를 적분하여 적분된 출력 전압(Int_vout)을 생성한다.
아날로그-디지털 변환기(206)는 적분 커패시터(Cint) 상에 생성되며 적분된 출력 전압 노드(Int_vout) 상에 제공되는 전압을 수신하도록 그리고 적분된 출력 전압을 나타내는 디지털 출력 값(Dout)을 제공하도록 구성된다. 아날로그-디지털 변환기(206)는 인에이블 신호(adc_en_rst)를 수신하도록 구성될 수 있다. 일부 예시적인 실시예들에서, 아날로그-디지털 변환기(206)는 adc_en_rst가 논리 0 값을 제시할 때 리셋되도록 그리고 adc_en_rst가 논리 1 값으로 전이할 때 변환 동작을 개시하도록 구성된다.
이러한 예시적인 실시예에서, 이득 신호(pd_gain)는 광다이오드 어레이(202)에 의해 생성된 전체 광전류가 입사광 세기를 조절하기 위해 적절히 크기조정될 수 있게 하는 pd_gain<4:0>로 기록된 5-비트 디지털 신호이다. 또한, 이러한 예시적인 실시예에서, 광다이오드들(DG1, DG2, DG3, DG4, DG5)은 각각 1, 7, 56, 448 및 3584개의 광다이오드 요소들을 포함한다. 매우 높은 입사광 세기에서, 오직 하나의 광다이오드 요소 캐소드(DG1)로부터의 광전류가 적분기로 출력될 수 있고, 이때 모든 나머지 캐소드들은 접지로 단락된다. 더 낮은 광 세기에서, 광다이오드들(DG1,DG2) 둘 모두가 선택되어, 광다이오드(DG1)의 감도의 8배를 제공할 수 있다. 점진적으로 더 낮은 세기들에 대해 유사하게, 광다이오드들(DG1, DG2, DG3)의 선택은 광다이오드(DG1)의 감도의 64배를 제공하고, 광다이오드 그룹들(DG1 내지 DG4)의 선택은 광다이오드(DG1)의 감도의 512배를 제공한다. 최저 사용가능 광 세기들에서, 광다이오드들(DG1 내지 DG5)의 선택은 어레이 내의 총 4096개의 광다이오드 요소들을 선택함으로써 광다이오드의 감도의 4096배를 제공한다. 이것은 72 dB 범위에 걸쳐 광다이오드 어레이(202)의 감도의 이득 신호(pd_gain)를 통한 디지털 제어를 허용한다.
도 3은 도 2에 도시된 예시적인 광검출기 시스템(200)의 적분 및 변환 시퀀스의 타이밍도를 도시한다. 먼저, 301에 의해 나타낸 시각에서, 유지 신호(holdB)는 하이 전압 값으로 설정되어, 유지 스위치(S3)를 닫고, 따라서 적분 커패시터(Cint)를 캐소드 노드(210) 및 광다이오드 어레이(202)에 결합한다. 이어서, 302에서, 프리차지 신호(PRECHRG)가 어써트되어, 프리차지 스위치(S4)를 닫고, 적분 커패시터(Cint), 캐소드 노드(210) 및 선택된 하나 이상의 광다이오드들(DG1 내지 DG5)의 접합 정전용량을 기준 전압(vref)에 결합한다. Int_vout로 라벨링된 트레이스에 도시된 바와 같이, 적분 커패시터(Cint) 상의 전압이 시각 302 이전에는 일정한 값으로 나타나 있지만, 그 전압은, 당업자들에 의해 이해되는 바와 같이 이전의 작용들 및 다른 유사한 기능들 이후 경과된 시간에, 광검출기 시스템(도 2) 상의 입사광에 의해 결정되는 바와 같은 임의의 적당한 값일 수 있다는 것에 유의하는 것이 중요하다. 그 다음으로 303에서, 프리차지 신호(PRECHRG)가 디어써트(de-assert)되어, 기준 전압(vref)을 분리(disconnect)하고, 광다이오드 어레이(202)에 의해 인출된 전류가 적분 커패시터(Cint)를 방전할 수 있게 한다. 적분 시간(Tint) 후에, 유지 신호(holdB)가 304에서 로우 전압 값으로 설정되어, 유지 스위치(S3)를 연다. 이어서 305에서, 인에이블 신호(adc_en_rst)가 논리 0 값으로 구동되고 이후에 논리 1 값으로 구동되어 변환 동작을 시작한다. 변환 시간(Tadc) 후에, 디지털 출력 값(Dout)은 적분된 전압(Vint)을 나타내는 새로운 값을 제시한다. 이러한 예시적인 실시예에서, 적분 전압은 기준 전압(vref)과, 적분된 출력 전압 노드(Int_vout) 상에 제공된 적분 커패시터(Cint) 상의 전압 사이의 차이에 의해 나타내진다.
하나 이상의 광다이오드들(DG1 내지 DG5) 각각은 전류원으로서 모델링될 수 있다. 광다이오드 어레이(202)에 의해 생성된 전체 전류는 적분 커패시터(Cint)로 적분될 수 있다. 어떤 연산 증폭기도 신호 체인에서 요구되지 않으며, 이는 결국 매우 낮은 전력 소산을 허용한다. 적분 시간(Tint)의 끝에, 적분기 출력에서의 생성된 전압은 다음과 같이 주어진다:
여기서 Tint는 적분 기간이고, IPD는 광다이오드 어레이(202)에 의해 생성된 전체 전류이다. 이 식으로부터 알 수 있는 바와 같이, 트랜스-레지스턴스(trans-resistance) 이득을 결정하고 입력 전류를 출력 전압으로 변환하는 등가 저항(Rgain)이 다음과 같이 주어진다:
식 2로부터 알 수 있는 바와 같이, Rgain은 Tint에 정비례하고 Cint에 반비례한다. 이러한 논의의 목적을 위해, 이것은 시변 저항기(time-varying resistor)인 것으로 생각될 수 있다. 그래서, 예를 들어, 이득을 증가시키기 위해, 적분 간격(Tint)을 증가 및/또는 적분 커패시터(Cint)를 감소시킬 수 있다. 따라서, 더 높은 이득 값이 더 작은 커패시터로 달성될 수 있으며, 그리하여 더 작은 다이 크기로 되고, 이는 또 다시, 바람직한 설계 파라미터로 된다. 이득을 조절하기 위해, 따라서, 추가적인 정전용량을 스위치 인 또는 스위치 아웃하고/하거나 적분 시간(Tint)을, 예를 들어, 디지털 제어를 통해 변경할 수 있다.
Rgain에 대한 매우 큰 값들이 매우 작은 면적으로 달성될 수 있으므로, 본 발명의 회로는 반도체 다이 내에 통합하기에 적합하고 급전식 콘택트 렌즈와 같은 생의학 장치에 사용하기에 적합하다는 것에 유의해야 한다. 예를 들어, Cint = 1pF 및 Tint = 100mS에서, Rgain = 100GΩ이며, 이는 전형적인 0.18 μm 상보성 금속 산화물 반도체(CMOS) 공정에서 단지 대략 14 μm × 14 μm의 면적으로 달성될 수 있다.
이어서, 적분된 출력 전압 노드(Int_vout) 상에 제공된 전압(식 1)은 아날로그-디지털 변환기(206)에 의해 디지털화된다. 아날로그-디지털 변환기의 풀-스케일(full-scale) 출력은 Vint = vref에 그리고 적분된 출력 전압 노드(Int_vout) 상의 0V의 전압에 대응하고, 다음과 같이 주어지는 풀-스케일 광전류(IPD)(FS)에 대응한다:
적분 및 유지 동작에 대응하는 주기적인 시변 임펄스 응답은 시변 임펄스 응답 
에 의해 기술될 수 있고, 여기서
간격 
에 걸쳐 있음.
식 4는 시간 t에서 임펄스 응답 
을 제공하고, 여기서 N은 주어진 적분 시간 간격을 나타내는 정수이다. 식 4는 시변 임펄스 응답이 t=Tint까지 t에 따라 선형으로 증가하는 폭을 갖는 펄스임을 나타낸다. 이어서, t=Tint+에서, 임펄스 응답 펄스폭이 0의 폭으로 다시 강하되고(그것은 리셋됨), t=2Tint까지 다시 증가하기 시작한다(그것은 주기적이며, 이때 주기 = Tint임). t=Tint+에서 플러스 부호(+)는 t=Tint 후의 순간(instant)에 계산이 시작되는 것을 나타내도록 의도된다.
각각의 적분 간격의 끝에, t=N*Tint (N =1,2,3,…)을 갖고, 식 4로부터, 임펄스 응답은 다음과 같이 주어진다:
각각의 적분 간격의 끝에서 임펄스 응답의 라플라스 변환 전달 함수(식 5)는 다음과 같이 주어진다:
식 6에서 s = j2πf라고 하고 이어서 간략화하면, 다음과 같이 주어지는 적분 및 유지 동작의 푸리에 변환이 생성된다:
식 7로부터 알 수 있는 바와 같이, 생성된 주파수 응답 크기는 주파수 f(이는 20dB/dec 롤오프를 제공함)에 반비례하고, 주기적 제로들(노치들)이 삽입된다(punctuated).
도 4는 10 ㎐의 배수들에서 주기적 제로들(노치들)을 갖고 그리고 0.1s의 적분 시간(Tint)에 대한 주파수 응답 크기 대 주파수를 도시한다. 식 7의 정규화된 주파수 응답이 Cint에 독립적임을 이해할 것이다. 즉, 주파수 응답의 코너 주파수(corner frequency) 및 형상은 Cint에 독립적이고, 적분 간격(Tint)의 길이에만 의존한다.
식에서 알 수 있는 바와 같이, 주파수 응답 위상은 다음과 같이 주어지는 지연에 완전하게 선형이다:
주기적 노치들은 다음과 같이 주어지는 주파수들 fN에서 발생한다:
여기서 N=1, 2, 3….
ADC 샘플링 주파수를 다음과 같이 선택한다:
Tint = 0.1s (fs=10 ㎐) 에 대해 도 4에 도시된 주파수 응답은 4.4 ㎐의 3dB 코너 주파수를 갖고, 10 ㎐에서 제1 노치(무한 감쇠)로 전이한다. 따라서, 적분 및 유지 동작은 매우 유효한 안티-앨리어스 필터로서 역할을 하고, 나이퀴스트 주파수(Nyquist frequency)(fs/2)를 초과하여 매우 빠르게 주파수들을 감쇠시킨다. 많은 주변 광 또는 적외선 통신 응용들에 대해 추가적인 안티-앨리어스 필터 회로가 요구되지 않으므로, 본 발명의 광검출기 시스템에 대한 필요 면적을 최소화한다.
주기적 노치들은 또한 AC 라인 주파수들의 배수들(50 ㎐ 또는 60 ㎐)로 연장한다. 이것은 4.4 ㎐ 코너 주파수 초과에서의 20dB/dec 롤오프에 기인하여 100 ㎐ 또는 120 ㎐에서 이미 대략 30dB의 제거를 넘어서는 추가적인 형광 광 플리커 제거의 추가 이점을 갖는다.Tint=1/Fs에 대한 다른 선택은 83.33…ms이며, 이는 5.33 ㎐의 -3dB 코너 주파수 및 12 ㎐의 배수들에서 노치들을 제공한다.
적분 및 리셋 기능에 필요한 전체 전류는 매 샘플링 주기 또는 사이클마다 Cint를 vref로 프리차지하기 위해 필요한 전류에 의해 주어진다. 적분 커패시터(Cint)가 사이클마다 완전히 방전된다는 것을 가정한 평균 전류는 다음과 같이 주어진다:
예로서, vref = 1.8V, Cint = 145pF, 및 Tint=100mS를 갖는 광검출기 시스템의 경우, 적분기에 대한 평균 전류 Iavg = 2.6nA (공칭) 이다. 이것은 Cint가 매 샘플링 주기 또는 사이클마다 광다이오드 전류에 의해 완전히 방전되는 것을 가정한다. 평균 공급 전류가 광다이오드 어레이(202)에 의해 생성된 평균 전체 전류와 동일하다는 것을 이해할 것이다.
따라서, 더 낮은 전력 소산은 적분 시간(Tint)에 걸쳐 풀-스케일 전이에 대해 적분 커패시터(Cint)의 더 작은 값 및 광다이오드 어레이(202)에 의해 생성된 더 낮은 전류를 요구한다. 전체적으로, 최적의 최저 전력, 가장 작은 설계는 작은 적분 커패시터(Cint) 및 최소 크기의 광다이오드 접합들을 포함하는 광다이오드 어레이(202)를 가질 수 있다. 당업자들에 의해 이해되는 바와 같이, 가장 작은 크기들은 샘플링 잡음, 스위치 전하 주입 및 회로 및 장치 비-이상성들(non-idealities)에 관련된 다른 고려사항들에 의해 제한될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 암전류 소거를 갖는 광검출기 시스템(500)을 부분 개략도, 부분 블록도 형태로 도시한다. 광검출기 시스템(500)은 제1 캐소드 노드(504)에 결합된 광다이오드들(DG1 내지 DG5)을 포함하는 광다이오드 어레이(502), 제1 적분 및 유지 회로(506), 제2 캐소드 노드(510)에 결합된 암전류 광다이오드 어레이(508), 제2 적분 및 유지 회로(512), 입력 선택 스위치(514), 아날로그-디지털 변환기(516), 제1 레지스터(518), 제2 레지스터(520), 및 출력 데이터 신호(524)를 제공하는 감산기(522)를 포함한다. 광다이오드 어레이(502) 및 적분 및 유지 회로(506)는 각각 도 2와 관련하여 전술된 광검출기 시스템(200)의 광다이오드 어레이(202) 및 적분 및 유지 회로(204)와 유사한 방식으로 제1 적분된 전압(Int_vout)을 생성하도록 동작한다.
위에서 기재된 바와 같이, 실리콘 반도체 광다이오드들은 누설 메커니즘들로 인해 암전류를 생성하는데, 이는 입사광에 독립적으로 존재하고 광다이오드들을 가로질러 온도 및 전압에 비례할 수 있다. 따라서, 암전류 광다이오드 어레이가 이후에 상세히 기술되는 바와 같이 보상하기 위해 이용될 수 있다. 암전류 광다이오드 어레이(508)는 캐소드 노드(510)에 선택적으로 결합된 캐소드 단자들을 갖는 하나 이상의 광다이오드들(DG1a 내지 DG5a)을 포함한다. 광다이오드 어레이들(202, 502)과 유사한 방식으로, 암전류 광다이오드 어레이(508)에서의 선택적 결합은 신호 처리 회로에 의해 제공될 수 있는 pd_gain 신호의 값에 의해 결정된다. 일부 예시적인 실시예들에서, 하나 이상의 광다이오드들(DG1a 내지 DG5a) 중 하나의 광다이오드가 제2 캐소드 노드(510)에 결합되지 않을 때, 그의 캐소드 단자는 회로 접지에 결합되어 반도체 다이오드 접합과 연관된 기생 정전용량을 방전하도록 할 수 있다. 하나 이상의 광다이오드들(DG1a 내지 DG5a)은 광 차단 층, 예컨대 금속 층으로 덮여서, 이들이 입사광(526)에 응답하여 광전류를 생성하지 않게 한다. 그러나, 임의의 적합한 광 차단 층 또는 코팅이 이용될 수 있다. 따라서, 암전류 광다이오드 어레이(508)에 의해 생성된 전체 전류는 선택된 하나 이상의 광다이오드들(DG1a 내지 DG5a)에 의해 생성된 암전류 또는 누설 전류 성분만을 포함한다. 광다이오드들(DG1a 내지 DG5a, DG1 내지 DG5)이, 예를 들어 동일한 실리콘 웨이퍼에서 함께 제조되는 경우, 그리고 대응하는 광다이오드들(DG1과 DG1a, DG2와 DG2a, 등)이 동일한 활성 치수들 및 면적을 갖는 경우, 광다이오드들(DG1a 내지 DG5a)에 의해 생성된 암전류들은 광다이오드 어레이(502)의 광다이오드들(DG1 내지 DG5)에 의해 생성된 암전류들과 매우 유사한 크기를 갖는다는 것이 당업자들에 의해 이해될 것이다.
제2 적분 및 유지 회로(512)는 제2 적분 커패시터(Cinta), 제2 유지 스위치(S3a) 및 제2 프리차지 스위치(S4a)를 포함한다. 제2 유지 스위치(S3a)는 유지 신호(holdB)의 값에 기초하여 제2 캐소드 노드(510)를 제2 적분 커패시터(Cinta)에 선택적으로 결합한다. 바람직하게, 제2 유지 스위치(S3a)는 유지 신호(holdB)가 논리 1 또는 하이 전압 값을 제시할 때 닫히도록 그리고 유지 신호(holdB)가 논리 0 또는 로우 전압 값을 제시할 때 열리도록 구성된다. 제2 프리차지 스위치(S4s)는 프리차지 신호(PRECHRG)의 값에 기초하여 적분 커패시터(Cinta)를 기준 전압(vref)에 선택적으로 결합한다. 바람직하게, 제2 프리차지 스위치(S4a)는 프리차지 신호(PRECHRG)가 논리 1 또는 하이 전압 값을 제시할 때 닫히도록 그리고 프리차지 신호(PRECHRG)가 논리 0 또는 로우 전압 값을 제시할 때 열리도록 구성된다. 제2 적분 커패시터(Cinta)는 적분된 출력 전압 노드(Int_vout)에 추가로 결합된다. 동작 시에, 제2 적분 커패시터(Cinta)는 기준 전압(vref)으로 프리차지되고, 이어서 암전류 광다이오드 어레이(506)에 의해 인출된 전류를 적분하여 제2 적분된 출력 전압(Int_vouta)을 생성한다.
입력 선택 스위치(514)는 제1 적분된 출력 전압(Int_vout) 또는 제2 적분된 출력 전압(Int_vouta) 중 어느 하나를 아날로그-디지털 변환기(516)의 입력에 선택적으로 결합하도록 구성된다. 선택적 결합은 신호 처리 회로 또는 제어기에 의해 제공된 선택 제어 신호(sel)에 기초하여 결정될 수 있다.
아날로그-디지털 변환기(516)는 입력 선택 스위치(514)에 의해 선택적으로 결합된 전압을 수신하도록 그리고 디지털 출력 값을 제공하도록 구성된다. 이러한 예시적인 실시예에서, 아날로그-디지털 변환기(516)는 제1 레지스터(518)에서 적분된 출력 전압(Int_vout)에 대응하는 디지털 출력 값 및 제2 레지스터(520)에서 적분된 출력 전압(Int_vouta)에 대응하는 디지털 출력 값을 선택적으로 저장한다. 선택적 저장은 선택 제어 신호(sel)에 기초하여 결정될 수 있다. 아날로그-디지털 변환기(516)는 인에이블 신호(adc_en_rst)를 수신하도록 구성될 수 있다. 일부 예시적인 실시예들에서, 아날로그-디지털 변환기(516)는 adc_en_rst가 논리 0 값을 제시할 때 리셋되도록 그리고 adc_en_rst가 논리 1 값으로 전이할 때 변환 동작을 개시하도록 구성된다. 감산기(522)는 제1 레지스터(518) 및 제2 레지스터(520)에 유지된 값들 사이의 차이에 기초하여 출력 데이터 신호(524)를 생성한다. 이러한 방식에서, 출력 데이터 신호(514)는 광다이오드 어레이(502)로부터의 적분된 광전류 및 광다이오드 어레이(502)와 암전류 광다이오드 어레이(508) 사이의 암전류들의 차이를 나타낸다. 암전류들이 매우 유사한 크기를 갖는 경우 그리고 적분 시간들이 동일한 경우, 암전류들의 차이는 거의 0일 것이고, 따라서 출력 데이터 신호(514)는 광다이오드 어레이(502)로부터의 적분된 광전류를 나타낼 것이다.
광검출기 시스템(200)에 대해 기술된 것과 유사한 방식으로, 매우 낮은 광 세기에서, 광다이오드 어레이들(502, 508) 내의 총 4096개의 광다이오드들은 5-비트 이득 제어(pd_gain<4:0>)를 통해 선택될 수 있다. 이는 최고 광 감도를 제공하는 광전류 생성을 위해 최대 접합 면적을 제공하지만, 또한 최고 암전류를 생성한다. 개선된 신호 대 잡음비(SNR), 또는 광전류 대 암전류비를 위해, 광검출기 시스템(500)은, 광다이오드 어레이(502) 및 암전류 광다이오드 어레이(508)와 제1 적분 및 유지 회로(506) 및 제2 적분 및 유지 회로(512)가 각각 정합할 정도까지, 원치않는 암전류 성분을 측정하고 수학적으로 소거한다.
도 6은 집적 회로 다이(600) 상의 예시적인 광 차단 및 광 통과 특징부들을 도시한다. 집적 회로 다이(600)는 광 통과 영역(602), 광 차단 영역(604), 접합 패드들(606), 패시베이션 개구부들(608), 및 광 차단층 개구부들(610)을 포함한다. 광 통과 영역(602)은 광다이오드 어레이 또는 어레이들(도시되지 않음), 예를 들어 반도체 공정에서 구현되는 광다이오드들의 어레이 위에 위치된다. 바람직한 예시적인 실시예에서, 광 통과 영역(602)은 가능한 한 많은 광이 광다이오드들에 도달하게 함으로써, 감도를 최대화시킨다. 이는, 제조에 또는 후처리에서 이용되는 반도체 공정에서 허용되는 바와 같이, 광다이오드 어레이 또는 어레이들 위에서의 폴리실리콘, 금속, 산화물, 질화물, 폴리이미드, 및 다른 층들의 제거를 통해 행해질 수 있다. 광 통과 영역(602)은 또한 광 검출을 최적화하기 위해 다른 특수 처리, 예를 들어 반사 방지 코팅, 필터 및/또는 확산기를 수용할 수 있다. 광 차단 영역(604)은 광 노출을 필요로 하지 않는 다이 상의 다른 회로를 덮을 수 있다. 광전류에 의해 다른 회로의 성능이 열화될 수 있는데, 예를 들어, 앞서 언급된 바와 같이 콘택트 렌즈들에 포함시키기 위해 요구되는 초저전류 회로들에서의 바이어스 전압들 및 발진기 주파수들을 변화시킬 수 있다. 광 차단 영역(604)은 우선적으로, 얇고 불투명인 재료, 예를 들어 반도체 웨이퍼 처리 및 후처리에서 이미 사용된 알루미늄, 구리, 또는 티탄으로 형성된다. 전기 전도성 금속으로 구현되는 경우, 광 차단 영역(604)을 형성하는 재료는 단락 조건을 방지하기 위해 그 밑에 있는 회로들 및 접합 패드들(606)로부터 절연되어야 한다. 그러한 절연은 보통의 웨이퍼 패시베이션의 일부, 예컨대 산화물, 질화물, 및/또는 폴리이미드의 일부로서 다이 상에 이미 존재하는 패시베이션에 의해, 또는 후처리 동안 부가되는 다른 유전체에 의해 제공될 수 있다. 마스킹은 전도성 광 차단 금속이 다이 상의 접합 패드와 중첩하지 않도록 광 차단층 개구부들(610)을 허용한다. 광 차단 영역(604)은 다이 부착 동안 다이를 보호하고 단락을 방지하기 위해 부가의 유전체 또는 패시베이션으로 덮인다. 이 최종적인 패시베이션은 접합 패드들(606)에의 접속을 허용하기 위해 패시베이션 개구부들(608)을 갖는다.
도 7은 본 발명에 따른 깜박임 검출 시스템을 포함하는 전자 삽입물을 갖는 예시적인 콘택트 렌즈를 도시한다. 콘택트 렌즈(700)는 전자 삽입물(704)을 포함하는 연질 플라스틱 부분(702)을 포함한다. 이 삽입물(704)은, 예를 들어 활성화에 따라 가까이 또는 멀리 초점을 맞추는 전자기기에 의해 활성화되는 렌즈(706)를 포함한다. 집적 회로(708)는 삽입물(704) 상에 장착되고, 배터리들(710), 렌즈(706) 및 시스템에 필요한 다른 구성요소들에 접속된다. 집적 회로(708)는 광다이오드 어레이(712) 및 관련 광검출기 신호 경로 회로들을 포함한다. 광다이오드 어레이(712)는 렌즈 삽입물을 통해 바깥쪽으로 그리고 눈으로부터 먼쪽으로 향해 있고, 따라서 주변 광을 수광할 수 있다. 광다이오드 어레이(712)는, 예를 들어 단일 광다이오드 또는 광다이오드들의 어레이로서 (도시된 바와 같이) 집적 회로(708) 상에 구현될 수 있다. 광다이오드 어레이(712)는 또한 삽입물(704) 상에 장착되고 배선 트레이스들(714)과 접속되는 별개의 장치로서 구현될 수 있다. 안검이 닫힐 때, 광검출기(712)를 포함하는 렌즈 삽입물(704)이 덮임으로써, 광검출기(712)에 입사되는 광 수준을 감소시킨다. 광검출기(712)는 주변 광 및/또는 적외선 광을 측정할 수 있다.
본 발명의 광검출기 시스템의 추가적인 고려사항들은 광검출기 시스템 및 이 시스템이 내부에 포함될 수 있는 급전식 또는 전자 안과용 렌즈들의 필요 면적, 체적 또는 비용의 추가 감소를 허용한다.
적분 정전용량들(Cint)은 아날로그-디지털 변환기, 예컨대 연속 근사 아날로그-디지털 변환기(SAR ADC) 내의 피드백 DAC 커패시터 어레이의 입력 정전용량에 의해 부분적으로 형성될 수 있다. 이것은 2개의 광다이오드 어레이들에 대한 적분 기간들이 동시가 아닌 경우 도 5와 함께 기술된 예시적인 실시예들의 경우에 적용할 것임에 유의해야 한다.
도 5의 광검출기 시스템에서, 단일 아날로그-디지털 변환기가 2개의 양들의 변환을 위해 사용된다. 대안적인 실시예가 2개의 아날로그-디지털 변환기들을 채용할 수 있지만, 하나를 사용하는 것이 아날로그-디지털 변환기 자체에 내재하는 임의의 오프셋의 소거를 제공하는 반면, 2개의 아날로그-디지털 변환기들을 갖는 시스템은 변환기들 사이의 오프셋들의 부정합에 대응하는 잔여 오프셋을 가질 것이다.
바람직하게, 광다이오드 어레이들은 적분 능력을 증가시키고 광검출기 시스템 및 신호 처리 및 시스템 제어기 회로의 전체 크기를 감소시키기 위해 CMOS 기술로 구현된다. 바람직하게, 광검출기 시스템, 신호 처리 회로 및 시스템 제어기 회로는 단일 실리콘 다이 내에 함께 통합되어, 상호접속 트레이스들을 위해 급전식 또는 전자 안과용 렌즈에 그리고 접합 또는 범핑 패드들을 위해 다이 상에 요구되는 면적을 감소시킨다.
광다이오드 어레이는 더 낮은 동적 범위가 요구될 때 더 적은 광다이오드들을 포함할 수 있다는 것이 당업자들에 의해 이해될 것이다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 단일 광다이오드를 포함하는 광다이오드 어레이가 충분할 수 있다. 광다이오드들은 단일 광다이오드 요소를 포함할 수 있다. 그러나, 최상의 이득 스케일링(scaling)은 공통 설계(치수들, 면적, 확산 유형들)의 다수의 상호접속된(예컨대, 병렬) 광다이오드 요소들을 갖는 더 큰 광다이오드들을 구현함으로써 달성될 수 있다.
가장 실용적이고 바람직한 실시예로 여겨지는 것이 도시되고 기술되었지만, 기술되고 도시된 특정 설계 및 방법으로부터의 벗어남이 그 자체를 당업자에게 제안할 것이며 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어남이 없이 사용될 수 있다는 것이 명백하다. 본 발명은 기술되고 도시된 특정 구성으로 제한되는 것이 아니라, 첨부된 청구범위의 범주 내에 속할 수 있는 모든 변경과 일관되도록 구성되어야 한다.
Claims (13)
- 급전식 안과용 장치로서,
제1 출력 전류를 생성하는 하나 이상의 광다이오드들을 포함하는 제1 센서; 및
상기 제1 출력 전류를 수신하고 그것을 제1 출력 전압으로 변환하는 제1 적분기로서, 상기 제1 적분기는 제1 스위치 및 제1 커패시터를 포함하며 미리 결정된 적분 기간에 걸쳐 상기 제1 출력 전류를 적분하도록 구성된, 상기 제1 적분기를 포함하는, 급전식 안과용 장치. - 제1항에 있어서, 상기 광다이오드들로부터의 상기 제1 출력 전류의 일 성분은 입사광에 비례하는, 급전식 안과용 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 미리 결정된 적분 기간은 원치않는 신호의 주기의 함수인, 급전식 안과용 장치.
- 제1항에 있어서, 기준 전압원을 추가로 포함하고, 상기 제1 스위치는 상기 제1 커패시터를 상기 기준 전압원에 선택적으로 결합하도록 구성된, 급전식 안과용 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 센서는 첫 번째로 프리차지 시간 간격 동안 상기 제1 커패시터를 프리차지하기 위해 상기 제1 스위치를 닫도록 그리고 이어서 두 번째로 미리 결정된 적분 기간 동안 상기 제1 스위치를 열도록 추가로 구성된, 급전식 안과용 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 광다이오드들은 상기 제1 커패시터에 선택적으로 결합되어 상기 제1 센서의 이득 및/또는 감도가 가변될 수 있도록 하는, 급전식 안과용 장치.
- 제6항에 있어서, 상기 하나 이상의 광다이오드들의 선택적 결합은 상기 출력 전압의 함수에 기초하는, 급전식 안과용 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 적분기는, 상기 커패시터를 상기 하나 이상의 광다이오드들에 선택적으로 결합하여 상기 적분기의 상기 출력 전압이 미리 결정된 유지 기간 동안 유지되게 하도록 구성된 제2 스위치를 추가로 포함하는, 급전식 안과용 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 출력 전압을 수신하도록 그리고 상기 제1 출력 전압에 기초하여 디지털 출력 신호를 제공하도록 구성된 아날로그-디지털 변환기를 추가로 포함하는, 급전식 안과용 장치.
- 제9항에 있어서, 제2 출력 전류를 생성하는 하나 이상의 광다이오드들을 포함하는 제2 센서;
상기 제2 출력 전류를 수신하고 그것을 제2 출력 전압으로 변환하는 제2 적분기로서, 상기 제2 적분기는 제3 스위치 및 제2 커패시터를 포함하며 상기 미리 결정된 적분 기간에 걸쳐 상기 제2 출력 전류를 적분하도록 구성된, 상기 제2 적분기; 및
실질적으로 모든 입사광이 상기 제2 센서에 도달하는 것을 차단하도록 구성된 광 차단 요소를 추가로 포함하는, 급전식 안과용 장치. - 제10항에 있어서,
상기 제1 출력 전압을 상기 아날로그-디지털 변환기에 선택적으로 결합하도록 구성된 제1 출력 전압 스위치;
상기 아날로그-디지털 변환기의 디지털 출력을 선택적으로 수신하도록 또는 초기 시간에 상기 아날로그-디지털 변환기의 상기 디지털 출력에 기초하는 저장된 값을 유지하도록 구성된 제1 디지털 레지스터;
상기 제2 출력 전압을 상기 아날로그-디지털 변환기에 선택적으로 결합하도록 구성된 제2 출력 전압 스위치; 및
상기 제1 디지털 레지스터에 그리고 상기 아날로그-디지털 변환기에 결합된 디지털 감산기를 추가로 포함하는, 급전식 안과용 장치. - 급전식 안과용 장치로서,
제1 출력 전류를 생성하는 하나 이상의 광다이오드들을 포함하는 제1 센서;
상기 제1 출력 전류를 수신하고 그것을 하류측 사용을 위한 제1 출력 전압으로 변환하는 제1 적분기로서, 상기 제1 적분기는 제1 스위치 및 제1 커패시터를 포함하며 미리 결정된 적분 기간에 걸쳐 상기 제1 출력 전류를 적분하도록 구성된, 상기 제1 적분기; 및
기준 전압원을 포함하고,
상기 제1 스위치는 상기 제1 커패시터를 상기 기준 전압원에 선택적으로 결합하도록 구성되고; 상기 광다이오드들로부터의 상기 제1 출력 전류의 일 성분은 입사광에 비례하고, 상기 미리 결정된 적분 기간은 원치않는 신호의 주기의 함수이고, 상기 제1 센서는 첫 번째로 프리차지 시간 간격 동안 상기 제1 커패시터를 프리차지하기 위해 상기 제1 스위치를 닫도록 그리고 이어서 두 번째로 미리 결정된 적분 기간 동안 상기 제1 스위치를 열도록 추가로 구성되고, 상기 하나 이상의 광다이오드들은 상기 제1 커패시터에 선택적으로 결합되어 상기 센서의 이득 및/또는 감도가 가변될 수 있도록 하는, 급전식 안과용 장치. - 광 감지 장치로서,
제1 출력 전류를 생성하는 하나 이상의 광다이오드들을 포함하는 제1 센서; 및
상기 제1 출력 전류를 수신하고 그것을 제1 출력 전압으로 변환하는 제1 적분기로서, 상기 제1 적분기는 제1 스위치 및 제1 커패시터를 포함하며 미리 결정된 적분 기간에 걸쳐 상기 제1 출력 전류를 적분하도록 구성된, 상기 제1 적분기를 포함하는, 광 감지 장치.
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