KR20170047172A - 알람 시계를 갖는 전자 안과용 렌즈 - Google Patents
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Abstract
안과용 렌즈의 착용자에게 알람을 제공하기 위해 본 명세서에 기술된 바와 같은 전자 시스템을 갖는 안과용 렌즈가 개시된다. 적어도 하나의 실시 형태에서, 시스템은 렌즈, 타이밍 회로, 통신 시스템, 경보 메커니즘 및 시스템 제어기를 포함한다. 적어도 하나의 실시 형태에서, 렌즈는 착용자에게 알람의 확대를 제공하고/하거나 알람에 관한 착용자의 입력에 응답한다.
Description
본 발명은 급전식 또는 전자 안과용 렌즈에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 알람 큐(alarm cue)를 제공하는 급전식 또는 전자 안과용 렌즈에 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 양태를 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 전력공급 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 조정되는 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. 초기의 콘택트 렌즈는 경질 재료로 제조 또는 생산되었고, 비교적 고가였고 부서지기 쉬웠다. 또한, 이들 초기 콘택트 렌즈는 콘택트 렌즈를 통한 결막 및 각막으로의 충분한 산소 투과를 허용하지 않는 재료로 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 안과용 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 큐를 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, 신규한 이미지 디스플레이를 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, 하나의 광학 등급 중합체 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 소모가 관심사이다. 보통의 전류 소모에 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 상태에 있은 후의 버스트 소모량(burst consumption), 예를 들어 한번의 충전으로 최대 18시간을 필요로 한다. 따라서, 요구되는 전력을 제공하면서 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 소모율을 가지며, 안과용 렌즈에 포함시키기 위해 크기조정가능한, 다른 구성요소들 모두의 동작을 제어하는 시스템에 대한 필요성이 있다.
급전식 또는 전자 안과용 렌즈들은 급전식 또는 전자 안과용 렌즈를 이용하는 사람으로부터의 소정의 고유 생리적인 기능들을 고려해야 할 수 있다. 보다 구체적으로, 급전식 렌즈들은, 예를 들어, 사람이 졸고 있는 경우, 주어진 기간 내의 깜박임의 수, 깜박임의 지속기간, 깜박임들 사이의 시간, 및 임의의 개수의 가능한 깜박임 패턴들을 비롯한 깜박임을 고려해야 할 수 있다. 깜박임 검출은 또한 소정의 기능을 제공하기 위해 이용될 수 있는데, 예를 들어 급전식 안과용 렌즈의 하나 이상의 양상들을 제어하는 수단으로서 깜박임이 이용될 수 있다. 또한, 깜박임을 결정할 때 광 세기 수준의 변화 및 사람의 안검이 차단하는 가시광의 양과 같은 외부 인자가 고려되어야 한다. 예를 들어, 실내가 54 내지 161 lux의 조명 수준을 가지는 경우, 광센서는 사람이 눈을 깜박일 때 일어나는 광 세기 변화를 검출하기에 충분하게 민감해야 한다.
많은 시스템 및 제품에서, 예를 들어, 실내 광에 따라 밝기를 조정하기 위해 텔레비전에서, 해질무렵에 켜지는 조명에서, 그리고 화면 밝기를 조정하는 전화에서 주변 광 센서 또는 광센서가 이용된다. 그러나, 이들 현재 이용되는 센서 시스템은 충분히 작지 않고/않거나 콘택트 렌즈에 포함하기에 충분히 낮은 전력 소모를 가지고 있지 않다.
또한, 상이한 유형의 깜박임 검출기들이 사람의 눈(들)으로 향해 있는 컴퓨터 시각 시스템, 예를 들어 컴퓨터에 대해 디지털화된 카메라에 의해 구현될 수 있다는 것에 주목하는 것이 중요하다. 컴퓨터 상에서 실행되는 소프트웨어는 눈이 열리고 닫히는 것과 같은 시각적 패턴을 인식할 수 있다. 이들 시스템은 진단 목적 및 연구를 위해 안과용 임상 현장에서 이용될 수 있다. 전술된 검출기 및 시스템과 달리, 이들 시스템은 오프-아이(off eye) 용도를 위해 그리고 눈으로부터 멀리 보기보다는 오히려 살펴보기 위해 의도된다. 이들 시스템이 콘택트 렌즈 내에 포함되기에 충분히 작지 않지만, 이용되는 소프트웨어는 급전식 콘택트 렌즈와 관련하여 동작하게 될 소프트웨어와 유사할 수 있다. 어느 시스템이든 입력으로부터 학습하고 그에 따라 그의 출력을 조정하는 인공 신경망의 소프트웨어 구현을 포함할 수 있다. 대안적으로, 통계, 다른 적응적 알고리즘, 및/또는 신호 처리를 포함하는 비생물학 기반 소프트웨어 구현이 스마트 시스템을 생성하는 데 이용될 수 있다.
따라서, 깜박임 또는 눈 감음(eye closure)의 길이와 같은 소정의 생리적인 기능을 검출하고 이를 이용하여 센서에 의해 검출된 깜박임 시퀀스의 유형에 따라 전자 또는 급전식 안과용 렌즈를 활성화 및/또는 제어하기 위한 수단 및 방법에 대한 필요성이 존재한다. 이용되는 센서는 콘택트 렌즈에서 사용되도록 구성되고 크기가 정해질 필요가 있다. 추가로, 사용자의 안검의 위치를 검출하는 것에 대한 필요성이 존재한다. 사용자가 잠들어 있는지를 검출하기 위해, 예를 들어, 사용자가 깨어 있도록 적절한 경보를 트리거하기 위해, 안검 위치 센서가 사용될 수 있다. 안검 위치를 검출하기 위한 기존의 시스템들이 있지만; 이들은 카메라 이미저와 같은 장치, 이미지 인식, 및 눈 및 안검에서의 반사에 의존하는 적외선 방출기/검출기 쌍으로 제한된다. 안검 위치를 검출하기 위한 기존의 시스템들은 또한 임상 환경 또는 안경의 사용에 의존하고, 콘택트 렌즈 내에 쉽게 포함되지 않는다.
여행용 알람 시계, 알람 시계, 및 알람 시계 기능을 제공하는 데 사용되는 다른 외부 장치는 부피가 크고, 알람 시계에 의해 깨어나도록 의도된 사람 이외에 알람 시계의 가청 범위 내의 다른 사람에게 지장을 준다. 이러한 상황의 예는, 커플 중 하나의 구성원이 다른 구성원보다 더 일찍 깨어날 필요가 있는 커플, 또는 비행 중 그의 또는 그녀의 24시간 주기 리듬을 조정하려고 생각 중인 야간 비행편의 항공기 승객이다. 그것은, 다른 사람들을 방해하지 않아서 다른 사람들에게 덜 거슬릴 것 같은 알람을 특정 사람에게 제공하는 방법이 있었다면 유리했을 것이다.
적어도 하나의 실시 형태에서, 안과용 렌즈의 착용자에게 알람 큐를 제공하기 위한 시스템이 제공되는데, 시스템은 시간의 경과를 추적하도록 구성된 타이밍 회로; 데이터를 수신하기 위한 적어도 일방향 통신을 용이하게 하도록 구성된 통신 시스템; 경보를 제공하도록 구성된 경보 메커니즘; 타이밍 회로, 통신 시스템, 및 경보 메커니즘에 전기적으로 접속되고, 타이밍 회로, 통신 시스템, 및 경보 메커니즘을 제어하도록 구성된 시스템 제어기; 및 타이밍 회로, 통신 시스템, 경보 메커니즘 및 시스템 제어기 중 적어도 일부를 봉지할 수 있는 안과용 렌즈를 포함한다.
추가 실시 형태에서, 통신 시스템은 외부 장치로부터 수신된 데이터를 무선으로 수신하고 수신된 데이터를 시스템 제어기로 전송하도록 구성된 수신기를 포함한다. 또 다른 실시 형태에서, 타이밍 회로는 시간을 추적하기 위한 누산기를 포함하고, 시스템 제어기는 알람 시간이 시스템 제어기에 의해 저장되는 메모리를 추가로 포함하고, 시스템 제어기는 수신된 데이터에 응답하여 누산기 상에 시간을 설정하고 수신된 데이터에 응답하여 메모리 내에 알람 시간을 설정하도록 구성된다. 또 다른 실시 형태에서, 시스템 제어기는 누산기 내의 데이터가 메모리에 저장된 데이터와 매칭(matching)될 때 신호를 경보 메커니즘으로 전송하도록 구성되고, 알람 메커니즘은 시스템 제어기로부터 수신된 신호에 응답하여 안과용 렌즈의 착용자에게 경보를 제공하도록 구성된다. 이 단락의 제1 실시 형태에 대한 추가 실시 형태에서, 타이밍 회로는 시간을 추적하기 위한 누산기를 포함하고, 시스템 제어기는 알람 시간이 시스템 제어기에 의해 저장되는 메모리를 추가로 포함하고, 시스템 제어기는 수신된 데이터에 응답하여 누산기를 0(zero)으로 리셋하고 수신된 데이터에 응답하여 메모리 내에 알람 시간을 리셋하도록 구성된다. 이전 실시 형태에 추가하여, 시스템 제어기는 누산기 내의 데이터가 메모리에 저장된 데이터와 매칭될 때 신호를 경보 메커니즘으로 전송하도록 구성되고, 알람 메커니즘은 시스템 제어기로부터 수신된 신호에 응답하여 안과용 렌즈의 착용자에게 경보를 제공하도록 구성된다.
상기 실시 형태들 중 임의의 실시 형태에 추가하여, 경보 메커니즘은 전기 구성요소를 포함하고, 경보 메커니즘은 시스템 제어기로부터의 알람 신호에 응답하여 착용자에게 경보를 발하기 위해 전기 구성요소를 턴 온한다. 추가 실시 형태에서, 전기 구성요소는 착용자의 눈과 진동 접촉 상태의 트랜스듀서 및 LED 중 적어도 하나를 포함한다.
상기 실시 형태들 중 임의의 실시 형태에 추가하여, 경보 메커니즘은, 경보로서 렌즈의 착용자의 망막 및 렌즈 자체 중 적어도 하나 상으로 광을 제공하기 위해 렌즈 상에 위치되는 광원, 경보로서 렌즈의 착용자의 눈을 진동시키기 위한 트랜스듀서, 각막 표면, 공막 표면, 각막의 감각 신경, 및 공막의 감각 신경 중 적어도 하나를 자극하도록 구성된 전기 시뮬레이터, 및 렌즈의 광학 구역의 광학 구역 변형을 제공하는 트랜스듀서 중 적어도 하나를 포함한다.
상기 실시 형태들 중 임의의 실시 형태에 추가하여, 시스템은 렌즈 내에 포함된 안검 위치 센서 시스템을 추가로 포함하고, 안검 위치 센서 시스템은 안검 위치를 검출하기 위한 복수의 수직 점들을 갖고, 여기서 시스템 제어기는 안검 위치 센서 시스템으로부터 안검 위치를 나타내는 신호를 수신하기 위해 안검 위치 센서 시스템과 전기 통신 상태에 있고, 시스템 제어기는 안검이 닫힌 채 유지되고 누산기 값이 알람 값을 초과할 때 경보 메커니즘으로부터의 경보들의 확대(escalation)를 트리거한다.
상기 실시 형태들 중 임의의 실시 형태에 추가하여, 시스템은 수신된 데이터로서 시간 제어 신호를 통신 시스템으로 송신하도록 구성된 외부 장치를 추가로 포함하고, 여기서 통신 시스템은 외부 장치로부터 시간 제어 신호를 무선으로 수신하고 시간 제어 신호를 시스템 제어기로 전송하도록 구성된 수신기를 포함하고, 타이밍 회로는 시간을 추적하기 위한 누산기를 포함하고, 시스템 제어기는 알람 시간이 시스템 제어기에 의해 저장되는 메모리를 추가로 포함하고, 시스템 제어기는 시간 제어 신호에 응답하여 타이밍 회로 상에 시간을 설정하고 시간 제어 신호에 응답하여 메모리 내에 알람 시간을 설정하도록 구성된다. 이전 실시 형태에 대한 또 다른 실시 형태에서, 시스템 제어기는 타이밍 회로 내의 데이터가 메모리에 저장된 데이터와 매칭될 때 신호를 경보 메커니즘으로 전송하도록 구성되고, 알람 메커니즘은 시스템 제어기로부터 수신된 신호에 응답하여 콘택트 렌즈의 착용자에게 경보를 제공하도록 구성된다.
적어도 하나의 실시 형태에서, 2개의 동공들 상에 알람 큐를 제공하기 위한 시스템이 제공되는데, 시스템은 제1 콘택트 렌즈 및 제2 콘택트 렌즈를 갖고, 제1 콘택트 렌즈는 시간의 경과를 추적하도록 구성된 타이밍 회로, 외부 장치와의 적어도 일방향 통신을 용이하게 하도록 구성된 통신 시스템, 경보를 제공하도록 구성된 경보 메커니즘, 상기 타이밍 회로, 통신 시스템, 및 경보 메커니즘에 전기적으로 접속되고 상기 타이밍 회로, 통신 시스템, 및 경보 메커니즘을 제어하도록 구성된 시스템 제어기, 및 상기 콘택트 렌즈의 타이밍 회로, 통신 시스템, 경보 메커니즘 및 시스템 제어기 중 적어도 일부를 봉지하는 삽입물을 포함하고, 제2 콘택트 렌즈는 알람 신호를 포함하는 제1 콘택트 렌즈의 통신 시스템과의 적어도 일방향 통신을 용이하게 하도록 구성된 통신 시스템, 통신 시스템으로부터 수신된 알람 신호에 응답하여 경보를 제공하도록 구성된 경보 메커니즘, 및 통신 시스템 및 경보 메커니즘 중 적어도 일부를 봉지하는 삽입물을 포함한다.
이전 실시 형태에 추가하여, 제1 콘택트 렌즈 및 제2 콘택트 렌즈의 각각은 안검 위치를 검출하기 위한 복수의 수직 점들을 갖는 안검 위치 센서 시스템을 포함하고, 여기서 제1 콘택트 렌즈의 시스템 제어기는 안검 위치 센서 시스템의 각각으로부터 안검 위치를 나타내는 신호를 수신하기 위해 안검 위치 센서 시스템들과 전기 통신 상태에 있고, 시스템 제어기는 제1 콘택트 렌즈의 경보 메커니즘으로 그리고 통신 시스템들을 통하여 제2 콘택트 렌즈 상의 경보 메커니즘으로 신호를 전송함으로써 타이밍 회로로부터의 신호에 의해 나타내지는 바와 같은 값이 알람 값과 매칭될 때 알람을 트리거하는데, 여기서 신호는 알람을 제공하기 위해 경보 메커니즘들의 활성화를 야기하고, 시스템 제어기는 안검들이 닫힌 채 유지되고 누산기 값이 알람 값보다 더 큰 알람 확대 값을 초과할 때 경보 메커니즘들로부터의 경보들의 확대를 트리거한다.
이전 2개의 실시 형태들 중 어느 하나의 실시 형태에 추가하여, 시스템 제어기는 미리 결정된 레이트로 샘플링하도록 구성되고, 그리고 수집된 샘플들을 적어도 일시적으로 저장하고, 수집된 샘플들로부터 깜박임들의 개수, 기간 및 펄스 폭을 결정하기 위하여 안검들이 열려 있거나 닫혀 있는 시기를 결정하고, 주어진 기간 내의 깜박임들의 개수 및 깜박임들의 지속기간을 계산하고, 깜박일 때의 패턴들을 결정하기 위해 샘플들의 저장된 세트와 주어진 기간 내의 깜박임들의 개수, 깜박임들의 지속기간들, 및 주어진 기간 내의 깜박임들 사이의 시간을 비교하고, 그리고 깜박임들이 하나 이상의 의도적인 깜박임 시퀀스들에 대응하는지를 결정하고, 여기서 의도적인 깜박임 시퀀스들은 시스템 제어기의 동작을 제어하여 경보 메커니즘들을 트리거하고, 알람 스누즈(alarm snooze), 알람 종료, 및 알람 값 설정 중 적어도 하나를 포함한다.
이전 3개의 실시 형태들 중 임의의 실시 형태에 추가하여, 각각의 경보 메커니즘은 전기 구성요소를 포함하고, 각각의 경보 메커니즘은 시스템 제어기로부터의 알람 신호에 응답하여 착용자에게 경보를 발하기 위해 전기 구성요소를 턴 온한다. 추가 실시 형태에서, 전기 구성요소는 착용자의 눈과 진동 접촉 상태의 트랜스듀서 및 LED 중 적어도 하나를 포함한다.
이전 5개의 실시 형태들 중 임의의 실시 형태에 추가하여, 적어도 하나의 경보 메커니즘은, 경보로서 렌즈의 착용자의 망막 및 렌즈 자체 중 적어도 하나 상으로 광을 제공하기 위해 렌즈 내에 위치되는 광원, 경보로서 렌즈의 착용자의 눈을 진동시키기 위한 트랜스듀서, 각막 표면, 공막 표면, 각막의 감각 신경, 및 공막의 감각 신경 중 적어도 하나를 자극하도록 구성된 전기 시뮬레이터, 및 렌즈의 광학 구역의 광학 구역 변형을 제공하는 트랜스듀서 중 적어도 하나를 포함한다.
이전 6개의 실시 형태들 중 임의의 실시 형태에 추가하여, 시스템은 시간 제어 신호를 제1 콘택트 렌즈의 통신 시스템으로 송신하도록 구성된 외부 장치를 추가로 포함하고, 여기서 제1 콘택트 렌즈의 통신 시스템은 외부 장치로부터 시간 제어 신호를 무선으로 수신하고 시간 제어 신호를 시스템 제어기로 전송하도록 구성된 수신기를 포함하고, 타이밍 회로는 시간을 추적하기 위한 누산기를 포함하고, 시스템 제어기는 알람 시간이 시스템 제어기에 의해 저장되는 메모리를 추가로 포함하고, 시스템 제어기는 시간 제어 신호에 응답하여 타이밍 회로 상에 시간을 설정하고 시간 제어 신호에 응답하여 메모리 내에 알람 시간을 설정하도록 구성된다.
적어도 하나의 실시 형태에서, 안과용 렌즈의 착용자에게 알람을 제공하기 위한 방법이 제공되는데, 방법은 통신 회로 및 시스템 제어기로 알람 시간을 수신하는 단계, 수신된 알람 시간에 기초하여 메모리 내에 시스템 제어기에 의해 알람 값을 설정하는 단계, 시스템 제어기에 의해 타이밍 회로를 개시하는 단계, 및 시스템 제어기로 타이밍 회로 출력을 메모리 내의 알람 값과 비교하는 단계를 포함하고, 타이밍 회로 출력이 저장된 알람 값을 초과할 때, 시스템 제어기는 신호를 경보 메커니즘으로 전송하여 안과용 렌즈 상의 알람을 트리거한다.
이전 실시 형태에 추가하여, 방법은 적어도 하나의 안검 위치 센서로 적어도 하나의 안검이 닫힌 채 유지되는지 여부를 검출하는 단계를 추가로 포함하고, 적어도 하나의 안검이 닫힌 채 유지될 때, 시스템 제어기는 경보 메커니즘에 의해 제공되는 알람을 확대시키고, 적어도 하나의 안검이 열려 있을 때, 시스템 제어기는 종료 신호를 경보 메커니즘으로 전송함으로써 알람을 종료시킨다.
이전 방법 실시 형태들에 추가하여, 방법은 통신 회로로 스누즈 명령어를 수신하는 단계, 및 스누즈 명령어에 응답하여 시스템 제어기에 의해 미리 결정된 스누즈 값 만큼 알람 값을 증분시키는 단계를 추가로 포함한다. 추가 실시 형태에서, 스누즈 명령어는 시스템 제어기 및 통신 회로의 안검 위치 센서에 의해 검출되는 깜빡임 패턴으로부터 수신된다. 이전 2개의 실시 형태들 중 어느 하나의 실시 형태에 추가하여, 스누즈 명령어는 외부 장치로부터 시스템 제어기에 의해 통신 회로를 통하여 수신된다.
이전 방법 실시 형태들에 추가하여, 방법은 시스템 제어기 및 통신 회로의 안검 위치 센서에 의해 검출되는 수신된 깜박임 패턴에 응답하여 알람을 종료시키는 단계를 추가로 포함한다. 이전 방법 실시 형태들에 추가하여, 방법은 외부 장치로부터 시스템 제어기에 의해 통신 회로를 통하여 수신된 종료 명령어에 응답하여 알람을 종료시키는 단계를 추가로 포함한다.
적어도 하나의 실시 형태에서, 본 발명은 급전식 안과용 렌즈에 관한 것이다. 급전식 안과용 렌즈는 안내 렌즈, 타이밍 회로, 알람 시간에 도달했는지를 결정하도록 그리고 출력 제어 신호를 제공하도록 구성된 시스템 제어기, 및 출력 제어 신호를 수신하도록 그리고 착용자에게 경고를 발하는 미리 결정된 기능을 구현하도록 구성된 적어도 하나의 경보 메커니즘을 포함한다.
적어도 하나의 실시 형태에서, 급전식 안과용 렌즈는 안내 렌즈; 및 렌즈 내에 포함되며, 안검 위치를 검출하기 위해 복수의 개별 센서들을 갖는 센서 어레이, 타이밍 회로, 센서 어레이 내의 각각의 개별 센서를 샘플링하여 안검 위치를 검출하여 안검이 열려 있는지 여부를 결정하도록 그리고 출력 제어 신호를 제공하도록 구성된 시스템 제어기, 및 출력 제어 신호를 수신하도록 구성된 적어도 하나의 경보 메커니즘을 갖는 안검 위치 센서 시스템을 포함한다.
급전식 안과용 렌즈의 제어는 렌즈와 무선으로 통신하는 수동 조작식 외부 장치, 예를 들어 핸드헬드 원격 유닛을 통해 달성될 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. 깜박임들의 시퀀스 또는 패턴에 기초하여, 급전식 안과용 렌즈는, 예를 들어, 깨어 있는 동작 상태와 잠들어 있는 동작 상태 사이에서 동작 상태를 변경할 수 있다.
깜박임 검출 방법은, 깜박임들의 특징들, 예를 들어, 안검이 열리거나 닫히는 경우, 열리거나 또는 닫히는 깜박임의 지속기간, 깜박임 간 지속기간, 및 주어진 기간 내의 깜박임들의 수를 검출하는 시스템 제어기의 구성요소이다. 적어도 하나의 실시 형태에 따른 방법은 소정의 샘플 레이트로 눈에 입사되는 샘플링 광에 의존한다. 미리 결정된 깜박임 패턴들이 저장되고, 입사광 샘플들의 최신 이력과 비교된다. 패턴들이 매칭될 때, 깜박임 검출 방법은 시스템 제어기에서의 활동을 트리거하여, 예를 들어 특정한 동작 상태로 전환한다.
본 발명은 또한 경보 메커니즘을 포함하는 급전식 또는 전자 안과용 렌즈에 관한 것이다.
본 발명의 상기의 그리고 다른 특징들 및 이점들은, 첨부 도면에 예시된 바와 같이, 하기로부터, 더 구체적으로는, 본 발명의 바람직한 실시 형태들의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 적어도 하나의 실시 형태에 따른 알람 구성요소들을 갖는 콘택트 렌즈들을 도시한다.
도 2a는 본 발명의 적어도 하나의 실시 형태에 따른 2개의 눈들 사이의 동작을 동기화하기 위한 통신 채널을 갖는 2개의 안검 위치 센서들의 개략도를 도시한다.
도 2b는 본 발명의 적어도 하나의 실시 형태에 따른 외부 장치와 통신하기 위한 통신 채널을 갖는 콘택트 렌즈의 개략도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 적어도 하나의 실시 형태에 따른 깜박임 검출 시스템을 포함하는 콘택트 렌즈를 도시한다.
도 4는 본 발명의 적어도 하나의 실시 형태에 따른, 다양한 광 세기 수준들 대 시간에서 기록된 가능한 비자발적인 깜박임 패턴을 예시하는 눈의 표면에 입사되는 광 대 시간, 그리고 최대 광 세기 수준과 최소 광 세기 수준 사이의 어떤 지점에 기초한 사용가능한 임계치 수준을 나타내는 그래프를 도시한다.
도 5는 본 발명의 적어도 하나의 실시 형태에 따른 깜박임 검출 시스템의 상태 전이도이다.
도 6은 본 발명의 적어도 하나의 실시 형태에 따른, 수신된 광 신호들을 검출하고 샘플링하는 데 이용되는 광검출 경로의 개략도를 도시한다.
도 7은 본 발명의 적어도 하나의 실시 형태에 따른 디지털 조절 논리의 블록도를 도시한다.
도 8은 본 발명의 적어도 하나의 실시 형태에 따른 디지털 검출 논리의 블록도를 도시한다.
도 9는 본 발명의 적어도 하나의 실시 형태에 따른 타이밍도를 도시한다.
도 10은 본 발명의 적어도 하나의 실시 형태에 따른 디지털 시스템 제어기의 개략도를 도시한다.
도 11a 내지 도 11g는 본 발명의 적어도 하나의 실시 형태에 따른 자동 이득 제어를 위한 타이밍도들을 도시한다.
도 12는 본 발명의 적어도 하나의 실시 형태에 따른 집적 회로 다이 상의 광 차단 영역 및 광 통과 영역의 개략도를 도시한다.
도 13은 본 발명의 적어도 하나의 실시 형태에 따른 급전식 콘택트 렌즈를 위한, 깜박임 검출기를 포함한 전자 삽입물의 개략도를 도시한다.
도 14a 및 도 14b는 본 발명의 적어도 하나의 실시 형태에 따른 안검 위치 센서들의 개략도들을 도시한다.
도 15a는 본 발명의 적어도 하나의 실시 형태에 따른 안검 위치를 검출하기 위해 콘택트 렌즈 내에 포함되는 전자 시스템의 개략도를 도시한다.
도 15b는 도 15a의 전자 시스템의 확대도를 도시한다.
도 16은 본 발명의 적어도 하나의 실시 형태에 따른 안검 위치 센서들로부터의 출력들의 개략도를 도시한다.
도 17a는 본 발명의 적어도 하나의 실시 형태에 따른 안검 위치를 검출하기 위해 콘택트 렌즈 내에 포함되는 다른 전자 시스템의 개략도를 도시한다.
도 17b는 도 17a의 전자 시스템의 확대도를 도시한다.
도 18a 내지 도 18c는 본 발명의 적어도 하나의 실시 형태에 따른 안검 위치 검출 시스템의 개략도들을 도시한다.
도 18d는 도 18a 내지 도 18c의 전자 시스템의 확대도를 도시한다.
도 19a는 본 발명의 적어도 하나의 실시 형태에 따른 콘택트 렌즈 내에 포함되는 동공 위치 및 눈모임(convergence) 검출 시스템의 개략도를 도시한다.
도 19b는 도 19a의 동공 위치 및 눈모임 검출 시스템의 확대도이다.
도 19c는 눈 상의 X축, Y축 및 Z축의 오버레이(overlay)를 도시한다.
도 20은 본 발명의 적어도 하나의 실시 형태에 따른 저장 박스의 블록도를 도시한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 적어도 하나의 실시 형태에 따른 알람 구성요소들을 갖는 콘택트 렌즈들을 도시한다.
도 2a는 본 발명의 적어도 하나의 실시 형태에 따른 2개의 눈들 사이의 동작을 동기화하기 위한 통신 채널을 갖는 2개의 안검 위치 센서들의 개략도를 도시한다.
도 2b는 본 발명의 적어도 하나의 실시 형태에 따른 외부 장치와 통신하기 위한 통신 채널을 갖는 콘택트 렌즈의 개략도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 적어도 하나의 실시 형태에 따른 깜박임 검출 시스템을 포함하는 콘택트 렌즈를 도시한다.
도 4는 본 발명의 적어도 하나의 실시 형태에 따른, 다양한 광 세기 수준들 대 시간에서 기록된 가능한 비자발적인 깜박임 패턴을 예시하는 눈의 표면에 입사되는 광 대 시간, 그리고 최대 광 세기 수준과 최소 광 세기 수준 사이의 어떤 지점에 기초한 사용가능한 임계치 수준을 나타내는 그래프를 도시한다.
도 5는 본 발명의 적어도 하나의 실시 형태에 따른 깜박임 검출 시스템의 상태 전이도이다.
도 6은 본 발명의 적어도 하나의 실시 형태에 따른, 수신된 광 신호들을 검출하고 샘플링하는 데 이용되는 광검출 경로의 개략도를 도시한다.
도 7은 본 발명의 적어도 하나의 실시 형태에 따른 디지털 조절 논리의 블록도를 도시한다.
도 8은 본 발명의 적어도 하나의 실시 형태에 따른 디지털 검출 논리의 블록도를 도시한다.
도 9는 본 발명의 적어도 하나의 실시 형태에 따른 타이밍도를 도시한다.
도 10은 본 발명의 적어도 하나의 실시 형태에 따른 디지털 시스템 제어기의 개략도를 도시한다.
도 11a 내지 도 11g는 본 발명의 적어도 하나의 실시 형태에 따른 자동 이득 제어를 위한 타이밍도들을 도시한다.
도 12는 본 발명의 적어도 하나의 실시 형태에 따른 집적 회로 다이 상의 광 차단 영역 및 광 통과 영역의 개략도를 도시한다.
도 13은 본 발명의 적어도 하나의 실시 형태에 따른 급전식 콘택트 렌즈를 위한, 깜박임 검출기를 포함한 전자 삽입물의 개략도를 도시한다.
도 14a 및 도 14b는 본 발명의 적어도 하나의 실시 형태에 따른 안검 위치 센서들의 개략도들을 도시한다.
도 15a는 본 발명의 적어도 하나의 실시 형태에 따른 안검 위치를 검출하기 위해 콘택트 렌즈 내에 포함되는 전자 시스템의 개략도를 도시한다.
도 15b는 도 15a의 전자 시스템의 확대도를 도시한다.
도 16은 본 발명의 적어도 하나의 실시 형태에 따른 안검 위치 센서들로부터의 출력들의 개략도를 도시한다.
도 17a는 본 발명의 적어도 하나의 실시 형태에 따른 안검 위치를 검출하기 위해 콘택트 렌즈 내에 포함되는 다른 전자 시스템의 개략도를 도시한다.
도 17b는 도 17a의 전자 시스템의 확대도를 도시한다.
도 18a 내지 도 18c는 본 발명의 적어도 하나의 실시 형태에 따른 안검 위치 검출 시스템의 개략도들을 도시한다.
도 18d는 도 18a 내지 도 18c의 전자 시스템의 확대도를 도시한다.
도 19a는 본 발명의 적어도 하나의 실시 형태에 따른 콘택트 렌즈 내에 포함되는 동공 위치 및 눈모임(convergence) 검출 시스템의 개략도를 도시한다.
도 19b는 도 19a의 동공 위치 및 눈모임 검출 시스템의 확대도이다.
도 19c는 눈 상의 X축, Y축 및 Z축의 오버레이(overlay)를 도시한다.
도 20은 본 발명의 적어도 하나의 실시 형태에 따른 저장 박스의 블록도를 도시한다.
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, 마이크로시스템 제어기, 통신 장치, 전원, 센서, 경보 메커니즘, 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 큐를 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. 또한, 렌즈에 설치된 센서는 주변 광 조건을 보상하기 위해, 또는 착용자가 잠자고 있는지 또는 깨어 있는지 여부 및 깜박임 패턴을 판정하는 데 사용하기 위해 눈에 입사되는 광을 검출하는 데 이용될 수 있다.
적어도 하나의 실시 형태에서, 급전식 또는 전자 콘택트 렌즈는 전술된 시력 결함들 중 하나 이상을 가지고 있는 환자의 시력을 교정하고/하거나 향상시키기 위한 또는 유용한 안과용 기능을 달리 수행하기 위한 요소들을 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, 및 콘택트 렌즈에 매설되어 있는 또는 임의의 적합한 기능을 위해 렌즈 없이 단지 전자기기를 간단히 매설하고 있는 조립된 전방 광학계를 가질 수 있다. 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 갖는 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. 대안적으로, 콘택트 렌즈는 단지 착용자에게 알람을 제공할 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 깜박임, 깜박임 패턴, 및/또는 안검 닫힘을 검출할 수 있다. 깜박임의 패턴 또는 시퀀스에 기초하여, 급전식 안과용 렌즈는 동작 상태, 예를 들어, 착용자에 의한 수면을 검출하기 위한 렌즈의 동작 상태 또는 그의 동작 상태를 변경할 수 있다. 추가의 대안적인 실시 형태는 렌즈가 컴퓨터 또는 스마트폰과 같은 외부 장치로부터 착용자로부터의 입력을 수신하는 것이다. 추가 대안예는 착용자가 급전식 안과용 렌즈의 동작을 제어하지 못하는 것이다.
도 1a는 적어도 하나의 동공 상에 알람 큐를 제공하기 위한 콘택트 렌즈(100) 내에 존재하는 시스템을 도시한다. 도시된 시스템은 시스템 제어기(110), 타이밍 회로(112), 통신 모듈(또는 시스템)(114), 및 경보 메커니즘(116)을 포함하는데, 이들은 적어도 하나의 실시 형태에서 콘택트 렌즈 내에 적어도 부분적으로 봉지된다. 시스템 제어기(110)는 타이밍 회로(112), 통신 모듈(114) 및 경보 메커니즘(116)과 전기 통신 상태에 있다.
타이밍 회로(112)는 적어도 하나의 실시 형태에서 시간의 경과를 추적하기 위한 누산기(113)를 포함한다. 누산기의 일례는 카운터로서 작용하는 레지스터이다. 대안적인 실시 형태에서, 누산기(113)는 알람이 착용자에게 제공될 미래의 시간에 근사하는 값으로 설정되고, 그 값으로부터 아래로 역으로 카운트할 때 동작하는데, 이는 시스템 제어기가 경보 신호를 전송하는 시기를 결정하기 위해 판독치를 0과 비교하는 것을 수행하게 한다. 대안적인 실시 형태들에서, 타이밍 회로(112)는 수정(crystal), 예를 들어 석영을 포함하는 발진기, 저항기-커패시터(RC), 인덕터-커패시터(LC), 및/또는 이완 회로를 포함할 수 있다.
통신 모듈(114)은 적어도 하나의 실시 형태에서 외부 소스로부터 렌즈로의 통신을 용이하게 하기 위한 구성요소들을 포함한다. 외부 소스의 예들은 스마트폰 또는 컴퓨터, 포브, 및 깜박임들을 통한 콘택트 렌즈 착용자를 포함한다. 이러한 통신을 용이하게 하기 위한 구성요소들의 예들은 깜박임 검출 구성요소들, 광 검출 구성요소들, 무선 주파수(RF) 구성요소들, 및 안테나를 포함한다. 광 검출 또는 깜박임 검출 실시 형태들에서, 데이터 구조는 경우에 따라 외부 소스 또는 착용자로부터의 초기 동기 명령어 후에 미래의 절대 시간 또는 상대 시간으로서의 시 및 분을 포함한다. 적어도 하나의 실시 형태에서, 깜박임 검출 구성요소들 및 광 검출 구성요소들은 본 발명에서 나중에 기술되는 바와 같이 동일한 구성요소들이다. 적어도 하나의 실시 형태에서, 통신 모듈(114)은 깜박임 검출 구성요소들을 포함한다.
적어도 하나의 실시 형태에서, 시스템 제어기(110)는 적어도 하나의 알람을 제공하기 위해 경보 메커니즘(116)을 활성화하는 시기를 결정하기 위해 타이밍 회로(112)에 비교될 시간의 표현을 저장하도록 구성된 메모리(111)를 포함한다. 시스템 제어기(110)는 적어도 하나의 실시 형태에서 누산기(113)를 설정하기 위해 또는 타이밍 회로(112)로부터의 신호와의 비교를 용이하게 하기 위해 메모리(111) 내에 저장될 수신된 알람 시간을 조작한다. 저장된 시간 표현은 알람이 트리거될 미래의 사이클들의 수를 나타내는 값, 알람을 위해 설정된 시간, 및 알람이 트리거될 미래의 시간량 중 적어도 하나이다. 대안적인 실시 형태에서, 시간은 상대 시간 또는 절대 시간 값이다. 저장된 시간 표현은 알람을 위한 설정된 시간을 나타내는 수신되는 데이터의 형태로 타이밍 회로 구성 및 통신 모듈 구성에 기초할 것이다.
적어도 하나의 실시 형태에서, 콘택트 렌즈(100)는 다른 구성요소들이 적어도 부분적으로 봉지되어 있는 전자 삽입물을 포함한다. 콘택트 렌즈는 적어도 하나의 실시 형태에서 광학 구역 및 주연 구역을 포함하는데, 여기서 주연 구역은 광학 구역의 주연부 둘레에 있다.
도 1a에 도시된 바와 같은 추가 실시 형태에서, 시스템은 전원(120)을 포함한다. 전원(120)은 경보 메커니즘(116)을 포함하는 많은 구성요소들에 대해 전력을 공급한다. 전력은 배터리, 에너지 회수 장치(energy harvester), 또는 당업자에게 공지된 바와 같이 다른 적합한 수단으로부터 공급될 수 있다. 본질적으로, 임의의 유형의 전원(120)을 사용하여 시스템의 모든 다른 구성요소들에 신뢰성 있는 전력을 제공할 수 있다.
경보 메커니즘(116)은 시스템 제어기(110)로부터의 수신된 명령(또는 경보) 신호에 기초하여 착용자에 대한 특정 경보를 구현하기 위한 임의의 적합한 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 알람이 전술된 바와 같이 시스템 제어기(110)를 활성화하는 경우, 시스템 제어기(110)는 경보 메커니즘(116), 예컨대 광(또는 광 어레이)을 인에이블하여, 착용자의 각막 또는 공막 내로 광을 펄스로 만들거나 또는 물리적 파를 착용자의 각막 또는 공막 상으로(또는 대안적으로 렌즈에 걸쳐) 펄스화하도록 할 수 있다. 경보 메커니즘(116)의 다른 예는 전기 장치; 예를 들어, 압전 장치, 트랜스듀서, 진동 장치, 화학물질 방출 장치(예로서 가려움, 자극 또는 작열감을 야기하는 화학물질의 방출을 포함함), 및 음향 장치를 포함하는 기계 장치; 렌즈를 통한 광 투과의 백분율 및/또는 초점을 변형하는 것과 같이 콘택트 렌즈의 광학 구역의 광학 구역 변형을 제공하는 트랜스듀서; 자기 장치; 전자기 장치; 발열 장치; 예를 들어, 광학 구역에 착색을 적용하거나 또는 망막을 향해 광학 변형 및/또는 직사광을 제공하기 위한 광 튜브, 광섬유(fiber optics), 프리즘, 발광 다이오드(LED), 및/또는 액정을 갖거나 또는 갖지 않는 광학 착색 메커니즘; 예를 들어, 현재 시간을 포함하는 메시지를 보여주기 위한 액정 디스플레이(LCD) 및/또는 LED; 약한 자극을 제공하기 위한 또는 각막 또는 공막의 하나 이상의 감각 신경들 및 각막 또는 공막 표면 중 적어도 하나를 자극하기 위한 전기 자극기와 같은 전기 장치; 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 적어도 하나의 실시 형태에서, 경보 메커니즘(116)은 전원(120)으로부터의 전력에 더하여 시스템 제어기(110)로부터의 신호를 수신하고, 시스템 제어기(110)로부터의 신호에 기초하여 일부 작용을 생성한다. 대안적인 실시 형태에서, 시스템 제어기(110)로부터의 신호는 경보 메커니즘(116)과 전원(120) 사이의 전기 접속이어서 전력의 유용성이 경보 메커니즘(116)을 활성화하도록 한다.
도 1b는 도 1a에 도시된 시스템에 안검 위치 센서 시스템(130)을 추가한 대안적인 실시 형태를 도시한다. 시스템 제어기(110)는 안검 위치 센서 시스템(130)과 전기 통신 상태에 있다. 적어도 하나의 실시 형태에서, 시스템 제어기(110)는 경보 신호가 경보 메커니즘(116)으로 전송될 것이라는 결정에 즈음하여 안검 위치 센서 시스템(130)을 샘플링하여 안검이 닫혀 있는지 또는 열려 있는지 여부를 결정한다. 적어도 하나의 실시 형태에서, 안검이 열려 있다고 결정될 때, 착용자가 깨어 있고 알람을 요구하지 않는 것으로 여겨지기 때문에 경보 신호는 취소되고 전송되지 않는다. 대안적인 실시 형태에서, 샘플은 착용자가 경보를 수신하게 하도록 경보 신호가 전송된 후 미리 결정된 시간에만 취해진다. 추가의 대안적인 실시 형태에서, 안검들이 미리 결정된 시간에 닫혀 있는 것으로 검출될 때, 시스템 제어기(110)는 제2 경보 신호를 경보 메커니즘(116)으로 전송하여 확대된 경보를 알람의 착용자에게 제공한다.
그러한 예시된 실시 형태에서, 경보 메커니즘(116)은 시스템 제어기(110)로부터 신호를 수신하여 착용자에게 주어지는 경보를 확대하고, 그러한 실시 형태에서 경보 메커니즘(116)은, 예를 들어, 적어도 하나의 실시 형태에서 안검 위치 센서 시스템(130)을 사용하여 안검 위치가 검출되는 초기 경보에도 불구하고 착용자의 안검들이 닫힌 채로 유지될 때, 경보의 확대를 제공하기 위해 착용자에게 주어질 적어도 2개의 수준들 및/또는 유형들의 경보들을 가질 것이다. 추가 실시 형태에서, 이용가능한 복수의 확대 수준들이 있다.
도 2a는 두 눈(280)이 콘택트 렌즈들(200)로 적어도 부분적으로 덮여 있는 시스템을 도시한다. 도 14a 및 도 14b에 관하여 나중에 기술되는 바와 같이, 안검 위치를 결정하기 위해 양쪽 콘택트 렌즈들(200)에 센서 어레이들(230)이 존재한다. 이러한 실시 형태에서, 콘택트 렌즈들(200) 각각이 전자 통신 구성요소(214)를 포함한다. 각각의 콘택트 렌즈(200)에서의 전자 통신 구성요소(214)는 콘택트 렌즈들(200) 사이에서 양방향 통신이 발생하는 것을 허용한다. 전자 통신 구성요소들(214)은 RF 송수신기들, 안테나들, 광센서들(232)에 대한 인터페이스 회로, 및 관련 또는 유사 전자 구성요소들을 포함할 수 있다. 라인(215)에 의해 나타내지는 통신 채널은 콘택트 렌즈들(200) 사이의 효과적인 통신을 허용하기 위한 적절한 데이터 프로토콜에 의해 적절한 주파수 및 전력에서 RF 전송들을 포함할 수 있다. 2개의 콘택트 렌즈들(200) 사이의 데이터의 전송은, 예를 들어, 착용자에 대한 진정한 수면 상태를 검출하기 위해 양쪽 안검들이 닫혀 있는 것을 검증할 수 있다. 전송은 또한 하나의 렌즈로부터 제2 렌즈로 알람 신호를 전송하여 제2 렌즈에서의 경보 메커니즘을 트리거하는 것을 허용할 수 있다. 예를 들어, 도 2b에 도시된 바와 같이 알람을 위한 시간을 설정하기 위해, 전자 통신 구성요소들(272)을 갖는 외부 장치(270), 예를 들어, 스마트폰(또는 다른 프로세서 기반 시스템)으로부터 데이터 전송이 또한 발생할 수 있다. 그와 같이, 전자 통신 구성요소들(214)은 적어도 하나의 대안적인 실시 형태에서 단지 하나의 렌즈 상에 존재할 수 있고, 추가의 대안적인 실시 형태에서 단지 하나의 렌즈가 있다.
도 3은 적어도 하나의 실시 형태에 따른, 전자 안검 위치 시스템(330)을 갖는 콘택트 렌즈(300)를 블록도 형태로 도시한다. 이러한 실시 형태에서, 전자 안검 위치 시스템(330)은 광센서(332), 증폭기(334), 아날로그-디지털 변환기(또는 ADC)(336), 디지털 신호 프로세서(338)를 포함할 수 있다. 콘택트 렌즈(300)는 또한 전원(320), 시스템 제어기(310), 및 경보 메커니즘(316)을 포함한다.
콘택트 렌즈(300)가 사용자의 눈의 전방 표면 상에 배치될 때, 안검 위치 시스템(330)의 전자 회로는 안검이 열려 있는지 또는 닫혀 있는지 여부를 검출하는 데 이용될 수 있다. 광센서(332)뿐만 아니라 다른 회로가 사용자의 눈에 의해 생성되는 깜박임들, 다양한 깜박임 패턴들, 및/또는 안검 닫힘의 수준을 검출하도록 구성된다.
이 실시 형태에서, 광센서(332)는 콘택트 렌즈(330) 내에 매설될 수 있고, 주변 광(331)을 수광하여, 입사 광자들을 전자들로 변환하고, 이에 의해 화살표(333)로 표시된 전류가 증폭기(334) 내로 흐르게 한다. 광센서 또는 광검출기(332)는 임의의 적합한 장치를 포함할 수 있다. 일 실시 형태에서, 광센서(332)는 적어도 하나의 광다이오드를 포함한다. 적어도 하나의 실시 형태에서, 광다이오드는 집적 능력을 향상시키고 광센서(332) 및 다른 회로의 전체 크기를 감소시키기 위해 상보성 금속-산화물 반도체(CMOS 공정 기술)에서 구현된다. 전류(333)는 입사광 수준에 비례하고, 광검출기(332)가 안검에 의해 덮일 때 상당히 감소된다. 증폭기(334)는 이득에 의해 입력에 비례하는 출력을 생성하고, 입력 전류를 출력 전압으로 변환하는 트랜스임피던스 증폭기(transimpedance amplifier)로서 기능할 수 있다. 증폭기(334)는 신호를 시스템의 나머지에 대한 사용가능 수준으로 증폭할 수 있는데, 예컨대 ADC(336)에 의해 획득될 충분한 전압 및 전력을 신호에 제공한다. 예를 들어, 증폭기는 후속하는 블록들을 구동하는 데 필요할 수 있는데, 그 이유는 광센서(332)의 출력이 아주 작을 수 있고 저조명 환경에서 사용될 수 있기 때문이다. 증폭기(334)는 가변 이득 증폭기로서 구현될 수 있고, 그의 이득은 피드백 배열에서 시스템의 동적 범위를 최대화하기 위해 시스템 제어기(310)에 의해 조정될 수 있다. 이득을 제공하는 것에 더하여, 증폭기(334)는 광센서(332) 및 증폭기(334) 출력에 적절한 필터링 및 다른 회로와 같은 다른 아날로그 신호 조절 회로를 포함할 수 있다. 증폭기(334)는 광센서(332)에 의해 출력되는 신호를 증폭하고 조절하기 위한 임의의 적합한 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 증폭기(334)는 단일 연산 증폭기를 포함할 수 있거나, 하나 이상의 연산 증폭기를 포함하는 보다 복잡한 회로를 포함할 수 있다. 광센서(332)는 광다이오드들의 전환가능한 어레이일 수 있고, 증폭기(334)는 적분기일 수 있다. 위에서 기재된 바와 같이, 광센서(332) 및 증폭기(334)는 눈을 통해 수광되는 입사광 세기에 기초하여 깜박임 시퀀스를 검출하고 분리시키도록 그리고 입력 전류를 궁극적으로 시스템 제어기(310)에 의해 사용가능한 디지털 신호로 변환하도록 구성된다. 적어도 하나의 실시 형태에서, 시스템 제어기(310)는 다양한 광 세기 수준 조건들에서 다양한 깜박임 시퀀스들, 깜박임 패턴들, 및/또는 안검 닫힘들(부분적 또는 완전)을 인식하도록 그리고 적절한 출력 신호를 경보 메커니즘(316)에 제공하도록 사전 프로그래밍되거나 사전 구성된다. 적어도 하나의 실시 형태에서, 시스템 제어기(310)는 또한 관련 메모리를 포함한다.
이 실시 형태에서, ADC(336)는 증폭기(334)로부터 출력되는 연속적인 아날로그 신호를 추가의 신호 처리에 적절한 샘플링된 디지털 신호로 변환하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, ADC(336)는 증폭기(334)로부터 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호 처리 시스템 또는 마이크로프로세서(338)와 같은 후속 또는 하류측 회로들에 의해 사용가능할 수 있는 디지털 신호로 변환할 수 있다. 디지털 신호 처리 시스템 또는 디지털 신호 프로세서(338)는 하류측 사용을 위한 입사광 검출을 허용하기 위해 샘플링된 데이터의 필터링, 처리, 검출, 및 다른 방식으로의 조작/처리 중 하나 이상을 포함한 디지털 신호 처리에 이용될 수 있다. 디지털 신호 프로세서(338)는 장기적인 안검 닫힘 또는 안검 추이를 나타내는 깜박임 시퀀스와 함께 깜박임 시퀀스들 및/또는 깜박임 패턴들에 의해 사전 프로그래밍될 수 있다. 디지털 신호 프로세서(338)는 또한 관련 메모리를 포함하는데, 관련 메모리는 적어도 하나의 실시 형태에서, 예를 들어, 시스템 제어기(310)에 의해 선택되는 바와 같이 각각의 동작 상태에 대한 깜박임 패턴들을 검출하기 위해 템플릿 및 마스크 세트들을 저장한다. 디지털 신호 프로세서(338)는 아날로그 회로, 디지털 회로, 소프트웨어, 또는 이들의 조합을 이용하여 구현될 수 있다. 예시된 실시 형태에서, 이는 디지털 회로로 구현된다. ADC(336)는, 관련 증폭기(334) 및 디지털 신호 프로세서(338)와 함께, 이전에 기술된 샘플링 레이트와 부합하는 적합한 속도로, 예를 들어 100 ms마다 활성화되는데, 이는 적어도 하나의 실시 형태에서 조정된다.
적어도 하나의 실시 형태에서 깜박임 시퀀스를 이용하여 시스템 및/또는 시스템 제어기의 동작 상태를 변경할 수 있다. 추가 실시 형태들에서, 시스템 제어기(310)는 디지털 신호 프로세서(338)로부터의 입력에 따라 급전식 콘택트 렌즈의 다른 태양들을 제어할 수 있는데, 예를 들어 액추에이터를 통해 전자적으로 제어되는 렌즈의 초점 또는 굴절력을 변경할 수 있다.
적어도 하나의 실시 형태에서, 시스템 제어기(310)는 수신된 깜박임 패턴에 기초하여 렌즈의 동작 상태를 결정하여 그 동작 상태를 잠들어 있는 동작 상태 또는 깨어 있는 동작 상태로서 설정할 것이지만, 대안적인 실시 형태에서 다른 상태들이 가능하다. 이러한 실시 형태에 추가하여, 동작 상태는 그 동작 상태에서 디지털 신호 프로세서(338)에 의해 사용될 템플릿들 및 마스크들의 세트를 결정할 것이다.
적어도 하나의 실시 형태에서, 시스템 제어기(310)는 샘플링된 광 수준을 깜박임 활성화 패턴들과 비교하고/하거나 안검 닫힘을 결정하기 위해 광센서 체인, 즉 광센서(332), 증폭기(334), ADC(336) 및 디지털 신호 처리 시스템(338)으로부터의 신호를 사용한다. 도 4를 참조하면, 다양한 광 세기 수준들에서 기록된 깜박임 패턴 샘플들 대 시간, 그리고 사용가능한 임계치 수준을 나타내는 그래프가 도시되어 있다. 따라서, 상이한 위치들에서 그리고/또는 다양한 활동들을 수행하는 동안 광 세기 수준의 변화를 고려하는 것과 같이 다양한 인자들을 고려하는 것은, 눈에 입사되는 광을 샘플링할 때 깜박임의 검출에서의 오차를 완화 및/또는 방지할 수 있다. 부가적으로, 눈에 입사되는 광을 샘플링할 때, 저세기 광 수준에서 그리고 고세기 광 수준에서 안검이 닫힐 때 안검이 가시광을 얼마나 많이 차단하는지와 같이 주변광 세기의 변화가 눈 및 안검에 미칠 수 있는 효과를 고려하는 것이 또한 깜박임의 검출에서의 오차를 완화 및/또는 방지할 수 있다. 다시 말하면, 잘못된 깜박임 패턴들이 제어에 이용되는 것을 방지하기 위해, 이하에서 더 상세히 설명되는 바와 같이 바람직하게는 주변광의 수준이 고려된다.
예를 들어, 연구에서, 안검이 평균적으로 가시광의 대략 99%를 차단하지만, 보다 낮은 파장에서는 보다 적은 광이 안검을 통해 투과되는 경향이 있어 가시광의 대략 99.6%를 차단한다는 것이 밝혀졌다. 스펙트럼의 적외선 부분을 향한 보다 긴 파장에서, 안검은 단지 입사광의 30%만을 차단할 수 있다. 그러나, 주목할 중요한 것은, 상이한 주파수, 파장 및 세기의 광이 상이한 효율로 안검을 통해 투과될 수 있다는 것이다. 예를 들어, 밝은 광원을 볼 때, 사람은 그의 또는 그녀의 안검이 닫혀 있는 상태로 적색광을 볼 수 있다. 또한, 사람에 따라, 예를 들어 사람의 피부 색소침착에 따라 안검이 가시광을 얼마나 많이 차단하는지에서의 변동이 있을 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 70초 시간 간격 동안 다양한 조명 수준들에 걸친 깜박임 패턴들의 데이터 샘플들이 시뮬레이팅되는데, 여기서 시뮬레이션 동안 눈을 통해 투과되는 가시광 세기 수준들이 기록되고, 사용가능한 임계값이 예시되어 있다. 임계치는, 가변하는 광 세기 수준들에서의 시뮬레이션 동안에 걸친 샘플 깜박임 패턴들에 대해 기록된 가시광 세기의 피크 대 피크 값 사이의 값으로 설정된다. 시간 경과에 따라 평균 광 수준을 추적하고 임계치를 조정하면서 깜박임 패턴을 사전 프로그래밍하는 능력을 갖는 것은, 사람이 깜박거리지 않고/않거나 소정의 영역에서 광 세기 수준의 변화만이 있을 때와는 달리, 사람이 깜박거리고 있을 때를 검출할 수 있는 것에 결정적일 수 있다.
시스템 제어기는 깜박임 검출 방법을 이용하여, 깜박임들의 특징들, 예를 들어, 안검이 열리거나 또는 닫히는 경우, 깜박임의 지속기간, 깜박임 간 지속기간, 및 주어진 기간 내의 깜박임들의 수를 검출한다. 적어도 하나의 실시 형태에서, 깜박임 검출 방법은 소정의 샘플 레이트로 눈에 입사되는 샘플링 광에 의존한다. 미리 결정된 깜박임 패턴들이 저장되고, 입사광 샘플들의 최신 이력과 비교된다. 패턴들이 매칭될 때, 깜박임 검출 방법은 시스템 제어기에서의 활동을 트리거하여, 예를 들어, 알람 시간 및/또는 렌즈의 다른 동작들을 설정하고/하거나 변경할 수 있다. 적어도 하나의 실시 형태에서 깜박임 검출 방법은 추가로, 졸음, 수면 시작, 또는 수면과 연관된 안검 움직임들과 미리 결정된 깜박임 패턴들 사이를 구별한다.
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 방법 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 속도 및/또는 빈도가 피로, 집중력, 지루함, 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. 안검이 일정 기간에 걸쳐 닫히려고 하는 일반적인 경향을 갖거나 또는 착용자가 잠자고 있음을 나타내는 기간 동안 닫혀 있기 때문에, 안검 움직임은 또한 졸음과 같은 다른 조건들을 나타낼 수 있다.
깜박임 검출 방법의 실시 형태는 하기 단계들로 요약될 수 있다.
1.
수면 시작을 나타내거나 또는 양성 깜박임 검출을 위해 사용자가 실행하게 될 의도적인 "깜박임 시퀀스"를 정의한다.
2.
깜박임 시퀀스의 검출 및 비자발적인 깜박임의 거부와 일치하는 속도로 들어오는 광 수준을 샘플링한다.
3.
샘플링된 광 수준의 이력을 깜박임 템플릿 값에 의해 정의되는 바와 같은 예상된 "깜박임 시퀀스"와 비교한다.
4.
선택적으로, 비교 동안, 예컨대, 전이 근방에서 무시될 템플릿의 부분을 나타내도록 깜박임 "마스크" 시퀀스를 구현한다. 이는 사용자가 +1 또는 -1 오차 윈도우(error window)와 같이 원하는 "깜박임 시퀀스"로부터 벗어나게 할 수 있으며, 여기서 렌즈 활성화, 제어 및 초점 변화 중 하나 이상이 일어날 수 있다. 부가적으로, 이는 사용자의 깜박임 시퀀스의 타이밍에서의 변동을 허용할 수 있다.
깜박임 시퀀스는 다음과 같이 정의될 수 있다:
1.
0.5초 동안 깜박임(닫혀 있음)
2.
0.5초 동안 열려 있음
3.
0.5초 동안 깜박임(닫혀 있음)
100 ms 샘플 레이트에서, 20-샘플 깜박임 템플릿이 다음과 같이 주어진다:
blink_template = [1,1,1, 0,0,0,0,0, 1,1,1,1,1, 0,0,0,0,0, 1,1].
전이 직후에 샘플들을 마스킹 은폐하기 위해(0은 샘플을 마스킹 은폐 또는 무시함) 깜박임 마스크가 정의되고, 다음과 같이 주어진다:
blink_mask = [1,1,1, 0,1,1,1,1, 0,1,1,1,1, 0,1,1,1,1, 0,1].
선택적으로, 보다 많은 타이밍 불확실성(timing uncertainty)을 허용하기 위해 보다 넓은 전이 영역이 마스킹 은폐될 수 있고, 다음과 같이 주어진다:
blink_mask = [1,1,0, 0,1,1,1,0, 0,1,1,1,0, 0,1,1,1,0, 0,1].
다음과 같이 주어지는 대안의 패턴들, 예컨대 하나의 긴 깜박임, 이 경우에 24-샘플 템플릿을 갖는 1.5초 깜박임이 구현될 수 있다:
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].
다음과 같이 주어지는 수면의 표시로서의 추가 대안의 패턴, 이 경우에 24-샘플 템플릿을 갖는 2.4초 깜박임(또는 수면 동안 닫혀 있는 눈)이 구현될 수 있다:
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].
대안적인 실시 형태에서, 이러한 blink_template은 blink_mask 없이 사용된다.
상기 예는 예시의 목적을 위한 것이고 특정 세트의 데이터를 나타내지 않는다는 것에 주목하는 것이 중요하다.
샘플의 이력을 템플릿 및 마스크에 대해 논리적으로 비교함으로써 검출이 구현될 수 있다. 논리 연산은 템플릿과 샘플 이력 시퀀스를 비트 기준으로 배타적-OR(XOR)하고 이어서 모든 마스킹되지 않은 이력 비트가 템플릿과 매칭되는 것을 검증하는 것이다. 예를 들어, 상기 깜박임 마스크 샘플에서 예시된 바와 같이, 값이 논리 1인 깜박임 마스크의 시퀀스의 각각의 위치에서, 깜박임은 시퀀스의 그 위치에 있는 깜박임 마스크 템플릿과 매칭되어야 한다. 그러나, 값이 논리 0인 깜박임 마스크의 시퀀스의 각각의 위치에서, 깜박임이 시퀀스의 그 위치에 있는 깜박임 마스크 템플릿과 매칭될 필요는 없다. 예를 들어, 매트랩(MATLAB)®(미국 매사추세츠주 나티크 소재의 매스웍스(MathWorks))으로 코딩되어 있는 바와 같은 하기의 부울 알고리즘(Boolean algorithm) 방정식이 이용될 수 있다:
matched = not (blink_mask) | not (xor (blink_template, test_sample)),
여기서, test_sample은 샘플 이력이다. 매칭된 값은 깜박임 템플릿, 샘플 이력 및 blink_mask와 동일한 길이를 갖는 시퀀스이다. 매칭된 시퀀스가 모두 논리 1인 경우, 양호한 매칭이 일어났다. 이를 분해하면, not (xor (blink_template, test_sample))은 각각의 미스매칭(mismatching)에 대해서는 논리 0을 제공하고 각각의 매칭에 대해서는 논리 1을 제공한다. 반전된 마스크와 논리 "OR하는 것"은 마스크가 논리 0인 경우 매칭된 시퀀스에서의 각각의 위치를 강제로 논리 1로 만든다. 따라서, 값이 논리 0으로서 지정되어 있는 깜박임 마스크 템플릿에서의 위치들이 많을수록, 사람의 깜박임과 관련하여 더 큰 오차 여유가 허용된다. 또한, 깜박임 마스크 템플릿에서의 논리 0의 수가 많을수록, 예상된 또는 의도된 깜박임 패턴에 거짓 양성(false positive) 매칭될 가능성이 크다는 것에 주목하는 것이 중요하다. 다양한 예상된 또는 의도된 깜박임 패턴들이 한번에 하나 이상씩 활성인 상태로 장치 내에 프로그래밍될 수 있고 적어도 하나의 실시 형태에서는 특정한 동작 상태에 사용될 특정한 깜박임 패턴들의 사용을 제어할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 보다 구체적으로는, 동일한 목적 또는 기능을 위해 또는 상이한 또는 대안의 기능을 구현하기 위해, 다수의 예상된 또는 의도된 깜박임 패턴들이 이용될 수 있다. 예를 들어, 렌즈가 동작 상태를 변경, 알람을 스누즈, 알람을 종료 및/또는 알람을 설정하게 하기 위해 하나의 깜박임 패턴이 이용될 수 있다. 적어도 하나의 실시 형태에서 깜박임 검출은 또한 안검들이 닫힌 채 유지될 때 검출할 수 있는데, 이는 연속 깜박임으로서 검출될 것이다.
도 5 내지 도 18은 안검 위치 센서 시스템들(또는 깜박임 검출 센서 시스템들)의 예들을 제공한다. 적어도 하나의 실시 형태에서, 안검 위치 센서 시스템들은 깜박임 검출을 이용하여 안검이 닫혀 있고 일정 기간 동안 닫힌 채 유지되는지 여부를 결정한다.
도 5는 적어도 하나의 실시 형태에 따른 깜박임 검출 시스템에 대한 상태 전이도(500)를 도시한다. 이 시스템은 인에이블 신호(bl_go)가 어써트되기(asserted)를 기다리는 유휴 상태(502)에서 시작한다. 인에이블 신호(bl_go)가, 예를 들어 깜박임 샘플링 레이트에 상응하는 100 ms 레이트로 bl_go 펄스를 발생시키는 발진기 및 제어 회로에 의해 어써트될 때, 상태 기계는 이어서 수신된 광 수준을 디지털 값으로 변환하기 위해 ADC가 인에이블되는 WAIT_ADC 상태(504)로 전이된다. ADC는 그의 동작이 완료되었다는 것을 나타내기 위해 adc_done 신호를 어써트하고, 시스템 또는 상태 기계가 시프트 상태(506)로 전이된다. 시프트 상태(506)에서, 시스템은 깜박임 샘플들의 이력을 유지하기 위해 가장 최근에 수신된 ADC 출력값을 시프트 레지스터 상으로 푸시한다. 일부 실시 형태에서, ADC 출력값이 먼저 임계값과 비교되어 샘플값에 대한 단일 비트(1 또는 0)를 제공하여 저장 요건들을 최소화한다. 이어서, 시스템 또는 상태 기계는 샘플 이력 시프트 레지스터 내의 값들이 전술된 바와 같은 하나 이상의 깜박임 시퀀스 템플릿들 및 마스크들과 비교되는 비교 상태(508)로 전이된다. 매칭이 검출되면, 예컨대 렌즈의 상태를 잠들어 있는 동작 상태 또는 깨어 있는 동작 상태로 전환하거나 또는 착용자에 의한 수면의 시작 신호를 보내는 것과 같이 하나 이상의 출력 신호들이 어써트될 수 있다. 이어서, 시스템 또는 상태 기계는 완료 상태(510)로 전이되고, 그의 동작이 완료되었음을 나타내기 위해 bl_done 신호를 어써트한다.
도 6은 수신된 광 수준을 검출 및 샘플링하는 데 사용될 수 있는 광센서 또는 광검출기 신호 경로(pd_rx_top)를 도시한다. 신호 경로(pd_rx_top)는 광다이오드(602), 트랜스임피던스 증폭기(604), 자동 이득 및 저역 통과 필터링 스테이지(606)(AGC/LPF), 및 ADC(608)를 포함할 수 있다. adc_vref 신호는 전원(620)으로부터 ADC(608)에 입력되거나(도 1a 또는 도 1b의 전원(110) 참조), 또는 대안적으로 아날로그-디지털 변환기(608) 내부의 전용 회로로부터 제공될 수 있다. ADC(608)로부터의 출력(adc_data)은 디지털 신호 처리 및 시스템 제어기 블록(338/310)(도 3 참조)으로 전송된다. 도 3에 개별 블록들(338, 310)로서 도시되어 있지만, 설명의 편의상, 디지털 신호 프로세서(338) 및 시스템 제어기(310)는 바람직하게는 단일 블록(610) 상에 구현된다. 완료 신호(adc_complete)가 디지털 신호 처리 및 시스템 제어기(610)로 전송되는 동안, 인에이블 신호(adc_en), 시작 신호(adc_start), 및 리셋 신호(adc_rst_n)가 디지털 신호 처리 및 시스템 제어기로부터 수신된다. 클록 신호(adc_clk)가 신호 경로(pd_rx_top) 외부에 있는 클록 소스로부터 또는 디지털 신호 처리 및 시스템 제어기(610)로부터 수신될 수 있다. adc_clk 신호 및 시스템 클록이 상이한 주파수들에서 동작할 수 있다는 것에 주목하는 것이 중요하다. 또한, 상이한 인터페이스 및 제어 신호를 가질 수 있지만 광센서 신호 경로의 아날로그 부분의 출력의 샘플링된 디지털 표현을 제공하는 유사한 기능을 수행하는 본 발명에 따른 임의의 개수의 상이한 ADC들이 이용될 수 있다는 것에 주목하는 것이 중요하다. 광검출 인에이블(pd_en) 및 광검출 이득(pd_gain)이 디지털 신호 처리 및 시스템 제어기(610)로부터 수신된다.
도 7은 수신된 ADC 신호값(adc_data)을 단일 비트 값(pd_data)으로 감소시키는 데 사용될 수 있는 디지털 조절 논리(700)의 블록도를 도시한다. 디지털 조절 논리(700)는 신호(adc_data_held)를 통해 보유된 값을 제공하기 위해 광검출 신호 경로(pd_rx_top)로부터 데이터(adc_data)를 수신하는 디지털 레지스터(702)를 포함할 수 있다. 디지털 레지스터(702)는 adc_complete 신호가 어써트될 때 adc_data 신호를 통해 새로운 값을 받아들이도록 그리고 adc_complete 신호가 수신될 때 마지막으로 받은 값을 다른 방식으로 보유하도록 구성된다. 이러한 방식으로, 이 시스템은 시스템 전류 소모를 감소시키기 위해, 데이터가 래치되면, 광검출 신호 경로를 디스에이블할 수 있다. 이어서, 보유된 데이터 값은 임계치 생성 회로(704)에서, 예를 들어 디지털 논리로 구현되는 적분-덤프 평균 또는 다른 평균 방법들에 의해 평균되어, 신호(pd_th)에 대한 하나 이상의 임계치들을 생성할 수 있다. 이어서, 보유된 데이터 값은 비교기(706)를 통해, 하나 이상의 임계치들과 비교되어 신호(pd_data)에 1 비트 데이터 값을 생성할 수 있다. 비교 동작이 출력 신호(pd_data) 상의 잡음을 최소화하기 위해 하나 이상의 임계치들과의 비교 또는 히스테리시스를 채용할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 디지털 조절 논리는 계산된 임계값들에 따라 그리고/또는 보유된 데이터 값에 따라, 신호(pd_gain)를 통해 광검출 신호 경로에 있는 자동 이득 및 저역 통과 필터링 스테이지(606)(도 6에 도시됨)의 이득을 설정하는 이득 조정 블록(pd_gain_adj)(708)을 추가로 포함할 수 있다. 이 실시 형태에서, 6 비트 워드들이 복잡도를 최소화하면서 깜박임 검출에 대한 동적 범위에 걸쳐 충분한 분해능을 제공한다는 것에 주목하는 것이 중요하다. 도 7은 예를 들어, 이득 조정 블록(pd_gain_adj)(708)에 의해 결정되는 자동 이득 제어보다 우선하도록 허용하는 직렬 데이터 인터페이스로부터 제어 신호(pd_gain_sdi)를 제공하는 것을 포함하는 대안적인 실시 형태를 도시한다.
하나의 실시 형태에서, 임계치 생성 회로(704)는 피크 검출기, 밸리(valley) 검출기, 및 임계치 계산 회로를 포함한다. 이 실시 형태에서, 임계치 및 이득 제어 값은 다음과 같이 발생될 수 있다. 피크 검출기 및 밸리 검출기는 신호(adc_data_held)를 통해 보유된 값을 수신하도록 구성된다. 피크 검출기는 추가로, adc_data_held 값의 증가를 빠르게 추적하고 adc_data_held 값이 감소되는 경우 느리게 감쇠되는 출력값(pd_pk)을 제공하도록 구성된다. 이 동작은, 전기 업계에 잘 알려진 바와 같이, 종래의 다이오드 엔벨로프 검출기의 동작과 유사하다. 밸리 검출기는 추가로, adc_data_held 값의 감소를 빠르게 추적하고 adc_data_held 값이 증가되는 경우 보다 높은 값으로 느리게 감쇠되는 출력값(pd_vl)을 제공하도록 구성된다. 밸리 검출기의 동작은 또한 다이오드 엔벨로프 검출기와 유사한데, 이때 방전 저항기는 양의 전원 전압에 연결되어 있다. 임계치 계산 회로는 pd_pl 및 pd_vl 값을 수신하도록 구성되고, 또한 pd_pk 및 pd_vl 값의 평균에 기초하여 중간점 임계값(pd_th_mid)을 계산하도록 구성된다. 임계치 생성 회로(704)는 중간점 임계값(pd_th_mid)에 기초하여 임계값(pd_th)을 제공한다.
임계치 생성 회로(704)는 추가로 pd_gain 값의 변화에 응답하여 pd_pk 및 pd_vl 수준의 값을 업데이트하도록 적응될 수 있다. pd_gain 값이 하나의 스텝만큼 증가되는 경우, pd_pk 및 pd_vl 값이 광검출 신호 경로에서의 예상된 이득 증가와 동일한 계수만큼 증가된다. pd_gain 값이 하나의 스텝만큼 감소되는 경우, pd_pk 및 pd_val 값이 광검출 신호 경로에서의 예상된 이득 감소와 동일한 계수만큼 감소된다. 이러한 방식으로, pd_pk 및 pd_vl 값에 각각 보유된 바와 같은 피크 검출기 및 밸리 검출기의 상태, 및 pd_pk 및 pd_vl 값으로부터 계산된 바와 같은 임계값(pd_th)이 신호 경로 이득에서의 변화에 매칭되도록 업데이트되고, 이에 의해 광검출 신호 경로 이득의 의도적인 변경으로부터만 얻어지는 상태 또는 값의 불연속성 또는 다른 변화를 회피한다.
임계치 생성 회로(704)의 추가의 실시 형태에서, 임계치 계산 회로는 추가로 pd_pk 값의 비율 또는 백분율에 기초하여 임계값(pd_th_pk)을 계산하도록 구성될 수 있다. 적어도 하나의 실시 형태에서, pd_th_pk는 유리하게는 pd_pk 값의 7/8이 되도록 구성될 수 있고, 그의 계산은 관련 업계에서 잘 알려진 바와 같이 3 비트만큼의 간단한 우측 시프트 및 감산으로 구현될 수 있다. 임계치 계산 회로는 임계값(pd_th)을 pd_th_mid 및 pd_th_pk 중 더 작은 것이 되도록 선택할 수 있다. 이러한 방식으로, pd_pk 및 pd_vl 값이 같아지게 할 수도 있는 광다이오드에 입사되는 일정한 광의 오랜 기간 이후에도, pd_th 값은 pd_pk 값과 결코 같아지지 않을 것이다. pd_th_pk 값이 오랜 구간 후에 깜박임의 검출을 보장한다는 것을 이해할 것이다. 후속하여 논의되는 바와 같이, 임계치 생성 회로의 거동은 도 11a 내지 도 11g에 추가로 도시되어 있다.
도 8은 적어도 하나의 실시 형태에 따른 디지털 깜박임 검출 알고리즘을 구현하는 데 사용될 수 있는 디지털 검출 논리(800)의 블록도를 도시한다. 디지털 검출 논리(800)는, 여기서 1 비트 값을 갖는 신호(pd_data)에 대해 나타낸 바와 같이, 광검출 신호 경로(pd_rx_top)(도 6)로부터 또는 디지털 조절 논리(도 7)로부터 데이터를 수신하도록 적응되는 시프트 레지스터(802)를 포함할 수 있다. 시프트 레지스터(802)는 수신된 샘플 값의 이력을, 여기에서는 24-비트 레지스터에 보유한다. 디지털 검출 논리(800)는 (필요하다면) 동작 상태에 기초하여 샘플 이력과 하나 이상의 템플릿들(bl_tpl) 및 마스크들(bl_mask)을 수신하도록 적응되는 비교 블록(804)을 추가로 포함하고, 나중에 사용하기 위해 보유될 수 있는 하나 이상의 출력 신호들 상의 하나 이상의 템플릿들 및 마스크들에 대한 매칭을 나타내도록 구성된다. 적어도 하나의 실시 형태에서, 동작 상태는 비교 블록(804)에 의해 사용될 템플릿들(bl_tpl) 및 마스크들(bl_mask)의 세트를 결정한다. 템플릿들(bl_tpl)의 적어도 하나의 세트에서, 착용자가 잠들어 있음을 나타내는 적어도 하나의 수면 템플릿이 있다. 대안적인 실시 형태에서, 디지털 검출 논리(800)는 하나 이상의 수면 템플릿들을 포함하도록 적응되는 비교 블록을 포함하고, 나중에 사용하기 위해 보유될 수 있는 하나 이상의 출력 신호들 상에 하나 이상의 템플릿들 및 마스크들에 대한 매칭을 나타내도록 구성된다. 그러한 대안적인 실시 형태에서, 렌즈는 잠자고 있는 동작 상태 및 깨어 있는 동작 상태를 갖지 않는다.
비교 블록(804)의 출력은 D 플립플롭(806)을 통해 래치된다. 디지털 검출 논리(800)는 마스킹 동작으로 인한 작은 시프트에서 동일한 샘플 이력 세트 상에 있을 수 있는 연속적인 비교를 억제하는 카운터(808) 또는 다른 논리를 추가로 포함할 수 있다. 바람직한 실시 형태에서, 양성 매칭이 발견된 후에 샘플 이력이 클리어되거나 리셋되고, 따라서 후속의 매칭을 식별할 수 있기 전에 새로운 매칭되는 시퀀스 전체가 샘플링될 것을 필요로 한다. 디지털 검출 논리(800)는 광검출 신호 경로 및 ADC에 제어 신호들을 제공하는 상태 기계 또는 유사한 제어 회로를 또한 추가로 포함할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 제어 신호들은 디지털 검출 논리(800)와는 별개인 제어 상태 기계에 의해 생성될 수 있다. 이러한 제어 상태 기계는 디지털 신호 처리 및 시스템 제어기(410)(도 4 참조)의 일부일 수 있다.
도 9는 검출 서브시스템으로부터 광검출 신호 경로에서 사용되는 ADC(608)(도 6)에 제공되는 제어 신호들의 타이밍도를 도시한다. 인에이블 및 클록 신호들(adc_en, adc_rst_n, 및 adc_clk)은 샘플 시퀀스의 시작에서 활성화되고, 아날로그-디지털 변환 프로세스가 완료될 때까지 계속된다. 하나의 실시 형태에서, ADC 변환 프로세스는 펄스가 adc_start 신호를 통해 제공될 때 시작된다. ADC 출력 값은 adc_data 신호에서 보유되고, 프로세스의 완료가 adc_complete 신호를 통해 아날로그-디지털 변환기 논리에 의해 나타내어진다. 또한, ADC 이전에 증폭기의 이득을 설정하는 데 이용되는 pd_gain 신호가 도 9에 나타나 있다. 이 신호는, 아날로그 회로 바이어스 및 신호 수준이 변환 이전에 안정화될 수 있게 하기 위해 웜업 시간 이전에 설정되는 것으로 나타나 있다.
도 10은 디지털 깜박임 검출 서브시스템(dig_blink)(1002)을 갖는 디지털 시스템 제어기(1000)를 도시한다. 디지털 깜박임 검출 서브시스템(dig_blink)(1002)은 마스터 상태 기계(dig_master)(1004)에 의해 제어될 수 있고, 디지털 시스템 제어기(1000) 외부에 있는 클록 생성기(clkgen)(1006)로부터 클록 신호들을 수신하도록 적응될 수 있다. 디지털 깜박임 검출 서브시스템(dig_blink)(1002)은 전술된 바와 같이 광검출 서브시스템에 제어 신호들을 제공하고 그로부터 신호들을 수신하도록 적응될 수 있다. 디지털 깜박임 검출 서브시스템(dig_blink)(1002)은, 깜박임 검출 알고리즘에서의 동작 시퀀스를 제어하는 상태 기계에 더하여, 전술된 바와 같은 디지털 조절 논리 및 디지털 검출 논리를 포함할 수 있다. 디지털 깜박임 검출 서브시스템(dig_blink)(1002)은 마스터 상태 기계(1004)로부터 인에이블 신호를 수신하도록 그리고 완료 표시 및 깜박임 검출 표시를 다시 마스터 상태 기계(1004)에 제공하도록 적응될 수 있다.
도 10에 도시된 실시 형태에 대한 대안적인 실시 형태에서, 시간 클록이 클록 생성기(1006)(도 10에 있음)에 접속되어 렌즈가 동작을 시작한 이후로 시간을 추적하고 일 실시 형태에서 시간 스탬프 신호를 데이터 관리자에 제공하는데, 여기서 데이터 관리자가 착용자에 의한 수면의 개시 및 종료에 관한 데이터를 기록하여서, 예를 들어 적어도 하나의 전자 통신 구성요소를 사용하여 렌즈로부터 외부 장치로 데이터가 전송(또는 송신)될 때, 외부 장치는 렌즈로부터의 시간 스탬프 및 로깅된 시간 스탬프들과 비교하여 그 데이터가 전송될 때의 외부 장치 상의 현재 시간에 기초하여 하루 중 시간을 역으로 계산함으로써 착용자가 렌즈를 착용한 상태에서 잠들었던 기간을 판정할 수 있다.
도 11a 내지 도 11g는 임계치 생성 회로 및 자동 이득 제어(도 7)의 동작을 나타내는 파형들을 도시한다. 도 11a는 다양한 광 수준들에 응답하여 광다이오드에 의해 제공될 수도 있는 것과 같은 광전류 대 시간의 예를 나타낸다. 플롯의 제1 부분에서, 광 수준 및 얻어지는 광전류는 플롯의 제2 부분과 비교하여 상대적으로 낮다. 플롯의 제1 부분 및 제2 부분 둘 모두에서, 두번 깜박임은 광 및 광전류를 감소시키는 것으로 보인다. 안검에 의한 광의 감쇠가 100%가 아니라, 눈에 입사되는 광의 파장에 대한 안검의 투과 특성에 따라 더 낮은 값일 수 있다는 것에 주목해야 한다. 도 11b는 도 11a의 광전류 파형에 응답하여 포착되는 adc_data_held 값을 나타낸다. 간결성을 위해, adc_data_held 값은 일련의 이산 디지털 샘플들보다는 오히려 연속 아날로그 신호로서 나타나 있다. 디지털 샘플 값들이 대응 샘플 시간들에서 도 11b에 나타낸 수준에 대응할 것임을 이해할 것이다. 플롯의 상부 및 하부에 있는 파선들은 adc_data 및 adc_data_held 신호들의 최대값 및 최소값을 나타낸다. 최소값과 최대값 사이의 값들의 범위는 또한 adc_data 신호의 동적 범위로서 알려져 있다. 이하에서 논의되는 바와 같이, 광검출 신호 경로 이득이 플롯의 제2 부분에서 상이하다(더 낮다). 일반적으로, adc_data_held 값은 광전류에 정비례하고, 이득 변화는 정량 또는 비례 상수에만 영향을 미친다. 도 11c는 임계치 생성 회로에 의해 adc_data_held 값에 응답하여 계산된 pd_pk, pd_vl 및 pd_th_mid 값들을 나타낸다. 도 11d는 임계치 생성 회로의 일부 실시 형태에서 adc_data_held 값에 응답하여 계산된 pd_pk, pd_vl 및 pd_th_pk 값들을 나타낸다. pd_th_pk 값이 항상 pd_pk 값의 어떤 비율이라는 것에 주목해야 한다. 도 11e는 pd_th_mid 및 pd_th_pk 값들과 함께 adc_data_held 값을 나타낸다. adc_data_held 값이 비교적 일정한 오랜 기간 동안, pd_vl 값이 동일한 수준으로 감쇠됨에 따라 pd_th_mid 값이 adc_data_held 값과 동일하게 된다는 것에 주목해야 한다. pd_th_pk 값이 항상 adc_data_held 값보다 얼마간 낮은 채로 있다. 또한, pd_th의 선택이 도 11e에 나타나 있는데, 여기서 pd_th 값은 pd_th_pk 및 pd_th_mid 중 더 낮은 것이 되도록 선택된다. 이러한 방식으로, 임계치는 항상 pd_pk 값으로부터 얼마간 떨어져 설정되어, 광전류 및 adc_data_held 신호 상의 잡음으로 인한 pd_data의 잘못된 전이를 회피한다. 도 11f는 adc_data_held 값과 pd_th 값의 비교에 의해 생성된 pd_data 값을 나타낸다. pd_data 신호가, 깜박임이 일어나고 있을 때 로우(low)인 2치 신호라는 것에 주목해야 한다. 도 11g는 이러한 예시적인 파형들에 대한 tia_gain의 값 대 시간을 나타낸다. tia_gain의 값은 pd_th가 도 11e에서 agc_pk_th로서 나타내어진 하이(high) 임계치를 초과하기 시작할 때 더 낮게 설정된다. pd_th가 로우 임계치 미만으로 떨어지기 시작할 때 tia_gain을 상승시키기 위해 유사한 거동이 일어난다는 것을 이해할 것이다. 도 11a 내지 도 11e 각각의 제2 부분을 다시 살펴보면, 보다 낮은 tia_gain의 효과가 명백하다. 특히, adc_data_held 값이 adc_data 신호와 adc_data_held 신호의 동적 범위의 중간 근방에 유지된다는 것에 주목해야 한다. 또한, pd_pk 및 pd_vl 값들이 전술된 바와 같이 이득 변화에 따라 업데이트되어, 단지 광검출 신호 경로 이득에서의 변화로 인한 피크 및 밸리 검출기 상태들 및 값들에서의 불연속성이 회피되게 한다는 것에 주목하는 것이 중요하다.
도 12는 집적 회로 다이(1200) 상의 광 차단 및 광 통과 특징부들을 도시한다. 집적 회로 다이(1200)는 광 통과 영역(1202), 광 차단 영역(1204), 접합 패드들(1206), 패시베이션 개구부들(1208), 및 광 차단층 개구부들(1210)을 포함한다. 광 통과 영역(1202)은 광센서들(도시되지 않음), 예를 들어 반도체 공정에서 구현되는 광다이오드들의 어레이 위에 위치된다. 적어도 하나의 실시 형태에서, 광 통과 영역(1202)은 가능한 한 많은 광이 광센서에 도달하게 함으로써, 감도를 최대화시킨다. 이는, 제조에 또는 후처리에서 이용되는 반도체 공정에서 허용되는 바와 같이, 광수용체 위에서의 폴리실리콘, 금속, 산화물, 질화물, 폴리이미드, 및 다른 층들의 제거를 통해 행해질 수 있다. 광 통과 영역(1202)은 또한 광 검출을 최적화하기 위해 다른 특수 처리, 예를 들어 반사 방지 코팅, 필터 및/또는 확산기를 수용할 수 있다. 광 차단 영역(1204)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(1204)은 얇고 불투명인 반사 재료, 예를 들어 반도체 웨이퍼 처리 및 후처리에서 이미 사용된 알루미늄 또는 구리로 형성된다. 금속으로 구현되는 경우, 광 차단 영역(1204)을 형성하는 재료는 단락 조건을 방지하기 위해 그 밑에 있는 회로들 및 접합 패드들(1206)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(1210)을 허용한다. 광 차단 영역(1204)은 다이 부착 동안 다이를 보호하고 단락을 방지하기 위해 부가의 유전체 또는 패시베이션으로 덮인다. 이 최종적인 패시베이션은 접합 패드들(1206)에의 접속을 허용하기 위해 패시베이션 개구부들(1208)을 갖는다.
콘택트 렌즈가 착색 능력을 포함하는 대안적인 실시 형태에서, 광 통과 영역(1202)은 착색될 수 있는 콘택트 렌즈의 영역과 적어도 부분적으로 중첩된다. 광센서들이 콘택트 렌즈의 착색 영역과 비착색 영역들 둘 모두에 존재하는 경우, 이는 착색에 의해 차단되는 광의 양의 결정을 허용한다. 추가 실시 형태에서, 전체 광 통과 영역(1202)이 착색 영역에 존재한다.
도 13은 깜박임 검출 시스템을 갖는 전자 삽입물을 갖는 콘택트 렌즈를 도시한다. 콘택트 렌즈(1300)는 전자 삽입물(1304)을 제공하는 연질 플라스틱 부분(1302)을 포함한다. 이 삽입물(1304)은, 예를 들어 활성화에 따라 가까이 또는 멀리 초점을 맞추는 전자기기에 의해 활성화되는 렌즈(1306)를 포함한다. 집적 회로(1308)는 삽입물(1304) 상에 장착되고, 배터리들(1310), 렌즈(1306) 및 시스템에 필요한 다른 구성요소들에 접속된다. 적어도 하나의 실시 형태에서, 집적 회로(1308)는 광센서(1312) 및 관련 광검출기 신호 경로 회로를 포함한다. 광센서(1312)는 렌즈 삽입물(1304)을 통해 바깥쪽으로 그리고 눈으로부터 먼쪽으로 향해 있고, 따라서 주변 광을 수광할 수 있다. 광센서(1312)는, 예를 들어 단일 광다이오드 또는 광다이오드들의 어레이로서 (도시된 바와 같이) 집적 회로(1308) 상에 구현될 수 있다. 광센서(1312)는 또한 삽입물(1304) 상에 장착되고 배선 트레이스들(1314)과 접속되는 별개의 장치로서 구현될 수 있다. 안검이 닫힐 때, 광검출기(1312)를 포함하는 렌즈 삽입물(1304)이 덮임으로써, 광검출기(1312)에 입사되는 광 수준을 감소시킨다. 광검출기(1312)는 주변 광을 측정하여 사용자가 깜박거리고 있는지 여부를 판정할 수 있다. 본 발명에 기초하여, 당업자는 광검출기(1312)가 본 발명에서 논의된 다른 센서들에 의해 대체되거나 또는 증대될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
깜박임 검출의 부가의 실시 형태는, 예를 들어 고정된 템플릿을 사용하기보다는 오히려 제1 깜박임의 측정된 종료 시각에 기초하여 제2 깜박임의 시작 시간을 맞추는 것에 의해, 또는 마스크 "무정의(don't care)" 구간(0 값)을 넓히는 것에 의해, 깜박임 시퀀스의 지속기간 및 간격에서의 더 많은 변동을 허용할 수 있다.
깜박임 검출 및/또는 수면 검출이 디지털 논리로 또는 마이크로컨트롤러 상에서 실행되는 소프트웨어로 구현될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 알고리즘 논리 또는 마이크로컨트롤러는 광검출 신호 경로 회로 및 시스템 제어기와 함께 단일 ASIC(application-specific integrated circuit)로 구현될 수 있거나, 또는 그것은 하나 초과의 집적 회로에 걸쳐 분할될 수 있다.
다른 실시 형태에 따르면, 급전식 또는 전자 안과용 렌즈가 안검 또는 눈꺼풀 위치 센서를 포함할 수 있다. 안검은 깜박임 반사 및 누액 확산 작용을 비롯한 여러 가지 방식으로 안구를 보호한다는 것이 알려져 있다. 안검의 깜박임 반사는 눈에 대한 인지된 위험 시에 빠르게 눈을 감음으로써 안구의 외상을 방지한다. 깜박임은 또한 안구의 표면 위에 누액을 확산시켜 안구를 촉촉하게 유지시키고 세균 및 다른 이물질을 씻어낸다. 그러나, 안검의 움직임은 또한, 전자 안과용 렌즈를 착용한 사람(또는 착용자)에게 알람이 활성화되었음에 대해 경보를 발하는 데 사용되는 것 이외의 실행 중인 다른 작용 또는 기능을 나타낼 수 있다.
이제 도 14a를 참조하면, 눈 상의 안검 위치 센서 시스템(1400)이 도시되어 있다. 시스템은 콘택트 렌즈(1402) 내에 포함된다. 상부 및 하부 안검들이 나타내져 있는데, 여기서 상부 안검은 닫힘이 증가하는 순으로 가능한 위치들(1401, 1403, 1405)을 갖고 있다. 하부 안검은 또한 상부 안검에 대응하는 닫힘의 수준들; 즉, 위치들(1407, 1409, 1405)을 갖는 상태로 도시되어 있다. 안검들이 닫혀 있을 때, 이들은 동일한 위치; 즉, 1405를 차지한다. 이 실시 형태에 따른 콘택트 렌즈(1402)는 센서 어레이(1404)를 포함한다. 이러한 센서 어레이(1404)는 하나 이상의 광센서들을 포함한다. 이러한 실시 형태에서, 센서 어레이(1404)는 12개의 광센서들(1406a 내지 1406l)을 포함한다. 상부 안검이 위치(1401)에 있고 하부 안검이 위치(1407)에 있을 때, 모든 광센서들(1406a 내지 1406l)이 노출되고 주변 광을 수광함으로써, 본 명세서에 기술된 전자 회로에 의해 검출될 수 있는 광전류를 생성한다. 안검들이 위치들(1403, 1409)에서 부분적으로 닫혀 있는 상태에서, 상부 및 하부 광센서들(1406a, 1406b)은 덮이고, 다른 광센서들(1406c 내지 1406l)보다 더 적은 광을 수광하고, 전자 회로에 의해 검출될 수 있는 상대적으로 보다 낮은 전류를 출력한다. 안검들이 위치(1405)에서 완전히 닫혀 있는 상태에서, 모든 센서들(1406a 내지 1406l)은 대응하는 전류 감소를 가진 채 덮여 있다. 예를 들어, 피로 또는 수면의 잠재적인 시작을 나타내는 깜박임들 후에 상부 및 하부 안검들이 완전히 열리지 않은 경우, 이 시스템은 센서 어레이에서의 각각의 광센서를 샘플링하고 광전류 출력 대 센서 위치를 사용하여 안검 위치를 판정함으로써 안검 위치를 검출하기 위해 사용될 수 있다. 광센서들이 콘택트 렌즈 상의 적합한 위치들에 배치되어, 예를 들어, 선명한 광학 구역(대략적으로 팽창된 동공이 차지하는 영역)을 방해하지 않으면서 충분한 샘플 위치들을 제공하여 안검 위치를 신뢰성 있게 결정해야 함을 이해할 것이다. 이러한 시스템은 또한 센서들을 관례적으로 샘플링하고 시간 경과에 따라 측정값들을 비교함으로써 깜박임들을 검출하기 위해 사용될 수 있다. 대안적인 실시 형태에서, 센서 어레이(1404')의 광센서들(1406a' 내지 1406l')이 예를 들어 도 14b에 도시된 바와 같이 서로 수직으로 이격된 상태에서 동공 주위에 아치형 패턴을 형성한다. 예시된 실시 형태의 어느 것 하에서, 당업자는 센서 어레이에서 12개 이외의 개수가 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 추가 예는 3 내지 15 범위의 개수(적어도 하나의 실시 형태에서 종점들을 포함함)를 포함하고, 보다 구체적으로는 4 내지 8 범위의 개수(적어도 하나의 실시 형태에서 종점들을 포함함)를 포함한다.
도 15a 및 도 15b는, 위에서 기재된 바와 같이 안검 위치 광센서들이 콘택트 렌즈(1502) 또는 보다 구체적으로 급전식 또는 전자 안과용 렌즈에서의 활동을 트리거하기 위해 사용되는 전자 시스템(1500)을 도시한다. 도 15a는 렌즈(1502) 상의 전자 시스템(1500)을 도시하고, 도 15b는 시스템(1500)의 분해도이다. 도 14a 및 도 14b에 관하여 앞서 기술된 바와 같이 하나 이상의 광센서들(1504) 상으로 광(1501)이 입사된다. 이러한 광센서들(1504)은 광다이오드들, 황화카드뮴(CdS) 센서들, 또는 주변 광을 전류로 변환하는 데 적합한 다른 기술들로 구현될 수 있다. 광센서들(1504)의 선택에 따라, 후속 또는 하류측 회로들에 의해 사용하기 위한 입력 신호들을 조절하기 위해 증폭기들(1506) 또는 다른 적합한 회로가 요구될 수 있다. 멀티플렉서(1508)는 단일 아날로그-디지털 변환기(또는 ADC)(1510)가 다수의 광센서들(1504)로부터의 입력들을 받아들일 수 있게 한다. 멀티플렉서(1508)는 광센서들(1504) 바로 뒤에, 증폭기들(1506) 앞에 배치될 수 있거나, 또는 전류 소모, 다이 크기, 및 설계 복잡도에 대한 고려사항들에 따라 사용되지 않을 수도 있다. 다수의 광센서들(1504)이 안검 위치를 검출하기 위해 눈 상의 다양한 위치들에 필요하기 때문에, 하류측 처리 구성요소들(예를 들어, 증폭기들, 아날로그-디지털 변환기, 및 디지털 신호 시스템 제어기들)을 공유하는 것은 전자 회로에 대해 필요한 크기를 상당히 감소시킬 수 있다. 증폭기들(1506)은 이득에 의해 입력에 비례하는 출력을 생성하고, 입력 전류를 출력 전압으로 변환하는 트랜스임피던스 증폭기들로서 기능할 수 있다. 증폭기들(1506)은 신호를 시스템의 나머지에 대한 사용가능 수준으로 증폭할 수 있는데, 예컨대 ADC(1510)에 의해 획득될 충분한 전압 및 전력을 신호에 제공한다. 예를 들어, 증폭기들(1506)은 후속하는 블록들을 구동하는 데 필요할 수 있는데, 그 이유는 광센서들(1504)의 출력이 아주 작을 수 있고 저조명 환경에서 사용될 수 있기 때문이다. 증폭기들(1506)은 또한 가변 이득 증폭기들로서 구현될 수 있고, 그의 이득은 시스템(1500)의 동적 범위를 최대화하기 위해 시스템 제어기(1512)에 의해 조정될 수 있다. 이득을 제공하는 것에 더하여, 증폭기들(1506)은 광센서(1504) 및 증폭기(1506) 출력에 적절한 필터링 및 다른 회로와 같은 다른 아날로그 신호 조절 회로를 포함할 수 있다. 증폭기들(1506)은 광센서(1504)에 의해 출력되는 신호를 증폭하고 조절하기 위한 임의의 적합한 장치일 수 있다. 예를 들어, 증폭기들(1504)은 단순히 단일 연산 증폭기일 수 있거나, 하나 이상의 연산 증폭기들을 포함하는 보다 복잡한 회로일 수 있다.
위에서 기재된 바와 같이, 광센서들(1504) 및 증폭기들(1506)은 눈 상의 다양한 위치들에서 입사광(1501)을 검출하도록 그리고 입력 전류를 궁극적으로 시스템 제어기(1512)에 의해 사용가능한 디지털 신호로 변환하도록 구성된다. 적어도 하나의 실시 형태에서, 시스템 제어기(1512)는 눈 상의 각각의 광센서(1504)를 샘플링하여 안검 위치를 검출하고 적절한 출력 신호를 경보 메커니즘(1514)에 제공하도록 사전 프로그래밍된다. 시스템 제어기(1512)는 또한 관련 메모리를 포함한다. 시스템 제어기(1512)는 광센서들(1504)의 최신 샘플들을 안검 열림 위치 및 눈을 가늘게 뜨기(squinting) 위치에 상관하는 사전 프로그래밍된 패턴들로 조합할 수 있다. 시스템(1500)은 안검 위치 변화들, 주변 광에서의 보통의 변화, 음영들, 및 다른 현상들을 구별할 필요가 있을 수 있다. 이러한 구별은 샘플링 주파수, 증폭기 이득, 및 다른 시스템 파라미터들의 적절한 선택, 콘택트 렌즈에서의 센서들 배치의 최적화, 안검 위치 패턴들의 결정, 주변 광의 기록, 각각의 광센서를 인접한 모든 광센서들과 비교, 및 안검 위치를 고유하게 분간하는 다른 기법들을 통해 달성될 수 있다.
적어도 하나의 실시 형태에서, ADC(1510)는 증폭기들(1506)로부터 멀티플렉서를 통해 출력되는 연속적인 아날로그 신호를 추가의 신호 처리에 적절한 샘플링된 디지털 신호로 변환하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, ADC(1510)는 증폭기들(1506)로부터 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호 처리 시스템 또는 마이크로프로세서(1516)와 같은 후속 또는 하류측 회로들에 의해 사용가능할 수 있는 디지털 신호로 변환할 수 있다. 디지털 신호 처리 시스템 또는 디지털 신호 프로세서(1516)는 하류측 사용을 위한 입사광 검출을 허용하기 위해 샘플링된 데이터의 필터링, 처리, 검출, 및 다른 방식으로의 조작/처리 중 하나 이상을 포함한 디지털 신호 처리에 이용될 수 있다. 디지털 신호 프로세서(1516)는 다양한 안검 위치 및/또는 닫힘 패턴들에 의해 사전 프로그래밍될 수 있다. 디지털 신호 프로세서(1516)는 또한 적어도 하나의 실시 형태에서 관련 메모리를 포함한다. 디지털 신호 프로세서(1516)는 아날로그 회로, 디지털 회로, 소프트웨어 및/또는 바람직하게는 이들의 조합을 이용하여 구현될 수 있다. ADC(1510)는, 관련 증폭기들(1506) 및 디지털 신호 프로세서(1516)와 함께, 이전에 기술된 샘플링 레이트와 부합하는 적합한 속도로, 예를 들어 100 ms마다 활성화된다.
전원(1518)은 안검 위치 센서 시스템(1500)을 포함한 많은 구성요소들에 전력을 공급한다. 전원(1518)은 또한 콘택트 렌즈 내의 다른 구성요소들에 전력을 공급하기 위해 이용될 수 있다. 전력은 배터리, 에너지 회수 장치, 또는 당업자에게 공지된 바와 같이 다른 적합한 수단으로부터 공급될 수 있다. 본질적으로, 임의의 유형의 전원(1518)이 시스템의 모든 다른 구성요소들에 신뢰성 있는 전력을 제공하기 위해 이용될 수 있다. 아날로그로부터 디지털로 처리되는 안검 위치 센서 어레이 패턴은, 시스템 제어기(1512)의 활성화 또는 시스템 제어기(1512)의 일부분을 인에이블할 수 있다. 또한, 시스템 제어기(1512)는 디지털 신호 시스템 제어기(1508)로부터의 입력에 따라 급전식 콘택트 렌즈의 다른 태양들을 제어할 수 있는데, 예를 들어 경보 메커니즘(1514)을 활성화할 수 있다.
이제 도 16을 참조하면, 콘택트 렌즈 상의 3개의 상이한 수직 위치들에 위치된 3개의 광센서들에 대한 출력 특징이 도시되어 있다. 출력 특징들은 각 광센서 상의 입사광에 비례하는 전류를 나타낼 수 있거나 또는 하류측 신호, 예를 들어, ADC(도 15b에서의 요소(1510))의 출력에서 디지털 샘플링된 데이터 값들 대 시간을 나타낼 수 있다. 예를 들어 암실로부터 밝은 복도로 이어서 다시 암실로 걸어갈 때, 전체 입사광(1602)은 증가하고, 정상 상태에 유지되고, 이어서 감소된다. 3개의 광센서들(1604, 1606, 1608) 모두는, 안검이 열린 채 유지될 경우, 광센서들(1604, 1608)에 대한 점선들(1601, 1603)에 의해 도시되는, 주변 광의 신호와 유사한 신호를 출력할 것이다. 주변 광 수준(1602)이 변화함에 더하여, 안검들의 부분적인 닫힘은 안검 열림 위치들(1612, 1614)의 그것과는 상이한 위치(1610)에 의해 나타내진다. 안검이 부분적으로 닫힐 때, 상부 광센서(1604)는 상부 안검에 의해 덮여지고
안검에 의한 광센서의 방해로 인해 상대적으로 보다 낮은 수준을 출력한다. 주변 광(1602)이 증가함에도 불구하고, 광센서(1604)는 부분적으로 닫힌 안검으로 인해 보다 적은 광을 수광하고 보다 낮은 신호를 출력한다. 덮여지는 광센서(1608)에서 유사한 응답이 관찰된다. 중간 센서(1606)는 눈을 가늘게 뜨는 동안 덮이지 않고, 그리하여 출력 수준의 대응하는 증가에 따라 광 수준 증가를 계속해서 보인다. 이러한 예가 하나의 특정한 경우를 예시하지만, 센서 위치의 다양한 구성들 및 안검 움직임이 검출될 수 있는 방식이 명백해야 한다.
도 17a 및 도 17b는 콘택트 렌즈(1702) 내에 포함되는 대안적인 검출 시스템(1700)을 도시한다. 도 17a는 렌즈(1702) 상의 시스템(1700)을 도시하고, 도 17b는 시스템(1700)의 분해도를 도시한다. 이 실시 형태에서, 정전용량성 터치 센서들(1704)이 광센서들 대신에 이용된다. 정전용량성 터치 센서들은 전자 산업, 예를 들어 터치-스크린 디스플레이들에서 통상적이다. 기본 원리는, 정전용량성 터치 센서(또는 가변 커패시터)(1704)가 예를 들어 유전체에 의해 덮이는 그리드를 구현함으로써, 정전용량이 근접성 또는 터치에 따라 변하도록 물리적인 방식으로 구현된다는 것이다. 센서 조절기들(1706)은, 예를 들어 고정 주파수 AC 신호에 대해 가변 커패시터를 갖는 발진기에서의 변화를 측정함으로써 또는 가변 커패시터 대 고정 커패시터의 비를 감지함으로써 정전용량에 비례하는 출력 신호를 생성한다. 센서 조절기들(1706)의 출력은 멀티플렉서(1708)에 의해 조합되어 하류측 회로를 감소시킬 수 있다. 이 실시 형태에서, 도 15에 관하여 전술된 바와 같은 필요한 신호 조절 회로는 간략함을 위해 생략된다. 시스템 제어기(1710)는 예를 들어, 각각의 센서를 순서대로 활성화하고 그 값들을 기록함으로써, 정전용량 센서 조절기(1706)로부터 멀티플렉서(1708)를 통해 입력들을 수신한다. 이어서, 그것은 측정된 값들을 사전 프로그래밍된 패턴들 및 이력 샘플들과 비교하여 안검 위치를 결정할 수 있다. 그 후에, 그것은 경보 메커니즘(1712)에서의 기능을 활성화하여, 예를 들어, 가변 초점 렌즈로 하여금 보다 가까운 초점 거리로 변경하도록 할 수 있다. 커패시터 터치 센서들(1704)은 광검출기들에 대해 앞서 기술된 것과 유사한 물리적 패턴으로 놓일 수 있지만, 안검 위치에 따른 정전용량의 변화들을 검출하기 위해 최적화될 것이다. 센서들, 및 그 점에 대해 전체 전자 시스템은 봉지되어 있고, 식염수(saline) 콘택트 렌즈 환경으로부터 절연되어 있을 것이다. 안검이 센서(1704)를 덮음에 따라, 앞서 기술된 주변 광의 변화보다는 오히려 정전용량의 변화가 검출될 것이다. 도 17b는 또한 적어도 하나의 실시 형태에서 전원(1714)을 포함하는 것을 도시한다.
도 15b의 광센서들에 관하여 도시된 바와 같이 필요한 경우 정전용량성 터치 센서들에 따라 ADC 그리고 디지털 신호 처리 회로가 이용될 수 있다는 것에 주목하는 것이 중요하다. 대안적인 실시 형태에서, 정전용량성 터치 센서들은 임의의 압력 센서이다. 추가 실시 형태에서, 렌즈 상의 압력 센서들과 광센서들의 조합이 있다.
일 실시 형태에서, 전자기기 및 전자 상호접속물들이 광학 구역에보다는 오히려 콘택트 렌즈의 주변 구역에 형성된다. 대안적인 실시 형태에 따르면, 전자기기의 위치설정이 콘택트 렌즈의 주변 구역에 제한될 필요가 없다는 것에 주목하는 것이 중요하다. 본 명세서에 기술된 전자 구성요소들 모두는 박막 기술 및/또는 투명 재료들을 이용하여 제조될 수 있다. 이러한 기술들이 이용되는 경우, 전자 구성요소들은 그들이 광학계와 호환되는 한 임의의 적합한 위치에 배치될 수 있다.
도 18a 내지 도 18d는 안검 위치 센서 시스템이 회로(1800)와 관련하여 동작하는 콘택트 렌즈(1802)를 따라 복수의 수직 점들을 덮는 스트립을 갖는 센서인 대안적인 실시 형태를 도시한다. 스트립 구성을 가질 수 있는 센서의 일례가 정전용량 센서이다. 도 18a는 스트립(1808)이 콘택트 렌즈(1802) 상에서 실질적으로 직선인 예를 도시한다. 스트립(1808)이 콘택트 렌즈(1802)를 이등분하는 라인에 평행하게 배향되어 있는 것으로 도시되어 있지만, 그것은 이등분 라인에 관해 각진 배향을 갖거나 또는 아치형 형상을 가질 수 있다. 도 18b는 스트립(1808a)이 콘택트 렌즈(1802)를 따라 사행(serpentine) 경로를 취하는 예를 도시한다. 도 18c에 도시된 실시 형태에서, 스트립(1808b)의 사행 구성은 안검들이 닫힌 상태에 접근함에 따라 회로(1800)에 의해 검출되는 정전용량의 변화를 증가시킬 것이다. 정전용량 변화의 수준은 안검 닫힘의 양으로 변환될 것이다. 스트립 구성을 가질 수 있는 센서의 다른 예는 스트립 구성을 갖는 베이스 및 다이어프램(diaphragm)을 갖는 압전 압력 트랜스듀서이다. 안검들이 닫힘에 따라, 추가 압력이 안검들에 의해 압전 압력 트랜스듀서에 대해 적용되어서, 이에 따라 안검 닫힘의 수준의 결정을 허용할 것이다. 수직 축을 따른 연속 감지는 복수의 센서들 위에 개선된 입도(granularity)를 제공하여, 이에 따라 안검 위치의 개선된 측정을 제공한다. 도 18d는 시스템 제어기(1810), 경보 메커니즘(1812) 및 전원(1814)을 포함하고 스트립 센서들(1808, 1808a, 1808b)과 관련하여 사용될 수 있는 전기 회로를 도시한다. 추가의 대안적인 실시 형태에서, 다수의 스트립들이 존재한다. 각진 및/또는 사행 스트립 구성의 이점은 콘택트 렌즈가 착용자의 눈 상에 부정확하게 배향되는 경우에도 안검 위치가 여전히 검출될 수 있다는 것이다.
디지털 신호 처리 블록 및 시스템 제어기(도 15b에서 각각 1516 및 1512, 도 17b의 시스템 제어기(1710), 및 도 18d의 시스템 제어기(1810))의 활동들은 이용가능한 센서 입력들, 환경, 및 사용자 반응들에 좌우된다. 입력들, 반응들, 및 결정 임계치들은 안과용 연구, 사전 프로그래밍, 훈련, 및 적응적/학습 알고리즘들 중 하나 이상으로부터 결정될 수 있다. 예를 들어, 안검 움직임의 일반적인 특징들은 문헌에 문서화가 잘 되어 있고, 사용자들의 광범위한 집단에 적용가능하고, 시스템 제어기 내로 사전 프로그래밍될 수 있다. 그러나, 전자 안과용 장치의 동작 시에 응답을 계속해서 개량하는 적응적/학습 알고리즘의 일부 또는 훈련 세션에서 깜박임 빈도의 변화 및/또는 일반적으로 예상된 응답으로부터의 사람의 편차들이 기록될 수 있다. 일 실시 형태에서, 사용자가 근초점(near focus)을 원할 때, 사용자는 장치와 통신하는 핸드헬드 포브를 활성화함으로써 장치를 훈련시킬 수 있다. 이어서, 장치에서의 학습 알고리즘은 내부 결정 알고리즘들을 개량하기 위해 포브 신호 전후에 메모리 내의 센서 입력들을 참조할 수 있다. 이러한 훈련 기간은 하루 동안 지속될 수 있고, 그 후에 장치는 센서 입력들만으로 자율적으로 동작하고 포브를 필요로 하지 않을 것이다.
대안적인 실시 형태에서, 시스템은, 알람이 트리거될 시간에 착용자가 급속 눈 움직임(rapid eye movement, REM) 수면 중인지 여부의 표시를 제공할 수 있는 눈 움직임 센서 시스템을 추가로 포함한다. 적어도 하나의 실시 형태에서, 안검 위치 시스템이 알람 트리거를 위한 시간에 안검이 닫혀 있음을 검출하는 경우, 눈 움직임 센서 시스템은 시스템 제어기에 의해 샘플링된다. 시스템 제어기가 눈 움직임을 검출하는 경우, 알람의 유형은 착용자의 REM 수면을 반영하도록 조정될 수 있다. 추가 실시 형태에서, 시스템 제어기가 눈 움직임 센서 시스템으로부터 착용자가 엎드려 있음 및 안검 위치 센서 시스템으로부터 안검들이 닫혀 있음의 판독치들을 수신하는 경우, 알람의 유형은 착용자가 잠자고 있음을 반영하도록 조정될 수 있다. 추가 실시 형태에서, 알람은 더 낮은 수준의 세기에서 시작되는데, 이는 일정 기간에 걸쳐 커져서 착용자에게 더 부드러운 경보를 제공한다. 대안적인 실시 형태에서, 제공되는 알람은 확대되는 알람이다.
도 19a 및 도 19b는 예를 들어 수면 동안 눈의 움직임을 검출하기 위한 예시적인 눈 움직임 센서 시스템(1900)을 도시한다. 센서(1902)는 동공 또는 보다 일반적으로는 눈의 움직임 및/또는 위치를 검출한다. 센서(1902)는 콘택트 렌즈(1901) 상의 다축 가속도계로서 구현될 수 있다. 콘택트 렌즈(1901)가 눈에 부착되고 일반적으로 눈과 함께 움직이는 상태에서, 콘택트 렌즈(1901) 상의 가속도계는 눈 움직임을 추적할 수 있다. 임의의 적합한 장치가 센서(1902)로서 이용될 수 있고 하나 초과의 센서(1902)가 이용될 수 있다는 것에 주목하는 것이 중요하다. 센서(1902)의 출력은 신호 프로세서(1904)에 의해 획득, 샘플링, 및 조절된다. 신호 프로세서(1904)는 증폭기, 트랜스임피던스 증폭기, 아날로그-디지털 변환기, 필터, 디지털 신호 프로세서, 및 센서(1902)로부터 데이터를 수신하고 시스템(1900)의 구성요소들 중 나머지에 적합한 포맷으로 출력을 발생시키는 관련 회로를 비롯한 임의의 개수의 장치들을 포함할 수 있다. 신호 프로세서(1904)는 아날로그 회로, 디지털 회로, 소프트웨어 및/또는 이들의 조합을 이용하여 구현될 수 있다. 적어도 하나의 실시 형태에서, 신호 프로세서(1904) 및 센서(1902)는 동일한 집적 회로 다이 상에 제조된다. 가속도계의 획득 및 조절을 위한 센서 회로는 근육 활동 센서 또는 광학 동공 추적기를 위한 회로와는 상이하다. 적어도 하나의 실시 형태에서 신호 프로세서(1904)의 출력은 샘플링된 디지털 스트림이고, 절대 또는 상대 위치, 움직임, 눈모임과 일치하는 검출된 시선, 또는 다른 데이터를 포함할 수 있다. 시스템 제어기(1906)는 신호 프로세서(1904)로부터 입력을 수신하고, 다른 입력들과 함께 이 정보를 사용하여 착용자가 잠자고 있는지 여부를 판정한다. 시스템 제어기(1906)는 센서(1902) 및 신호 프로세서(1904) 둘 모두의 활동을 트리거하면서 이들로부터의 출력을 수신할 수 있다. 시스템 제어기(1906)는 신호 프로세서(1904) 및/또는 송수신기(1910)로부터의 입력 데이터를 사용하여, 어떠한 눈 움직임도 검출되지 않을 때 X축, Y축 및 Z축 상의 배향에 따른 센서(1902)의 배향에 기초하여 착용자가 누워 있는지를 판정한다. 축들이 도 19c에 도시된 바와 같이 있는 경우, 가속도계가 X축에서 어느 방향으로든 또는 Z축에서 어느 방향으로든 안정된 가속도를 검출할 때, 착용자의 머리는 수평 배향을 갖는다. 가속도계가 Y축에서 음의 방향으로 안정된 가속도를 검출할 때, 착용자의 머리는 수직이다. 가속도계가 X축에서의 안정된 가속도를 갖거나 또는 갖지 않고서 Y축 및 Z축에서 안정된 가속도를 검출할 때, 착용자의 머리는 전방으로 기울어져 있다.
도 19b는 안테나(1912)를 통하여 통신을 수신 및/또는 송신하는 선택적인 송수신기(1910)를 도시한다. 이 통신은 인접한 콘택트 렌즈, 안경 렌즈 또는 다른 장치로부터 올 수 있다. 송수신기(1910)는 시스템 제어기(1906)와 양방향 통신을 하도록 구성될 수 있다. 송수신기(1910)는 송수신기들에서 통상적인 것처럼 필터링, 증폭, 검출, 및 처리 회로를 포함할 수 있다. 송수신기(1910)의 구체적인 상세 사항들은 전자 또는 급전식 콘택트 렌즈에 맞춤되는데, 예를 들어 통신은 눈들 사이의 신뢰성있는 통신, 저전력 소모를 위해 그리고 규제 요건들을 충족시키기 위해 적절한 주파수, 진폭 및 포맷으로 되어 있을 수 있다. 송수신기(1910) 및 안테나(1912)는 무선 주파수(RF) 대역, 예를 들어 2.4 ㎓에서 동작할 수 있거나, 또는 통신을 위해 광을 사용할 수 있다. 송수신기(1910)로부터 수신된 정보, 예를 들어 배향을 나타내는 인접한 렌즈로부터의 정보가 시스템 제어기(1906)에 입력된다. 시스템 제어기(1906)는 또한, 예를 들어 데이터 관리자(1908)로부터의 데이터를 송수신기(1910)로 전송할 수 있는데, 송수신기(1910)는 그 후에 안테나(1912)를 거쳐 통신 링크를 통해 데이터를 전송한다.
시스템 제어기(1906)는 필드 프로그래머블 게이트 어레이(field-programmable gate array) 상에, 마이크로컨트롤러에, 또는 임의의 다른 적합한 장치에 상태 기계로서 구현될 수 있다. 본 명세서에 기술된 시스템(1900) 및 구성요소들에 대한 전력은, 당업자에게 공지된 바와 같은 배터리, 에너지 회수 장치, 또는 유사한 장치를 포함할 수 있는 전원(1914)에 의해 공급된다. 전원(1914)은 또한 콘택트 렌즈(1901) 상의 다른 장치들에 전력을 공급하기 위해 이용될 수 있다.
적어도 하나의 실시 형태에서 눈 움직임 센서 시스템(1900)이 포함되고/되거나 달리 봉지되어 있고, 식염수 콘택트 렌즈(1901) 환경으로부터 절연되어 있다.
적어도 하나의 실시 형태에서, 전자기기 및 전자 상호접속물들이 광학 구역에보다는 오히려 콘택트 렌즈의 주변 구역에 형성된다. 대안적인 실시 형태에 따르면, 전자기기의 위치설정이 콘택트 렌즈의 주변 구역에 제한될 필요가 없다는 것에 주목하는 것이 중요하다. 본 명세서에 기술된 전자 구성요소들 모두는 박막 기술 및/또는 투명 재료들을 이용하여 제조될 수 있다. 이러한 기술들이 이용되는 경우, 전자 구성요소들은 그들이 광학계와 호환되는 한 임의의 적합한 위치에 배치될 수 있다.
적어도 하나의 실시 형태에서, 시스템은 저장 박스를 추가로 포함한다. 적어도 하나의 실시 형태에서 저장 박스는 베이스를 갖는 하우징 및 커버를 포함하는데, 하우징 및 커버는 하나의 에지를 따라 연결되어서 베이스에 대한 커버의 열림을 용이하게 하여 하우징 내의 캐비티 내로 콘택트 렌즈의 침착을 허용한다. 대안적인 실시 형태에서, 저장 박스는 소독, 모니터링, 재정렬 및 외부 접속성 기능을 포함할 수 있다. 소독 기능은 렌즈를 착용자에 의해 장기간에 걸쳐 사용될 수 있게 할 것이다.
도 20은 하우징(2000), 통신 시스템, 메모리, 클록, 전기 통신 커넥터(2002), 및 전원(2006)을 갖는 예시적인 저장 박스를 도시한다. 대안적인 실시 형태에서, 저장 박스는 앞서 기술된 하우징 및 커버와 같이 하우징 내에 포함되는 방사선 소독 베이스 유닛(2004)을 포함한다. 전기 통신 커넥터(2002)는 범용 직렬 버스(USB) 커넥터 또는 다른 유형의 커넥터를 포함할 수 있다. 커넥터는 데이터와 전력 중 하나 또는 둘 모두를 전송하기 위한 단자를 포함할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 전기 통신 커넥터(2002)는 방사선 소독 베이스 유닛(2004)을 동작시키기 위한 전력을 제공한다. 일부 실시 형태는 또한 하나 이상의 배터리들(2006) 또는 다른 전력 저장 장치를 포함할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 배터리들(2006)은 하나 이상의 리튬 이온 배터리들 또는 다른 재충전 가능한 장치를 포함한다. 전력 저장 장치는 전기 통신 커넥터(2002)를 통해 충전 전류를 수신할 수 있다. 적어도 하나의 배터리 실시 형태에서, 방사선 소독 베이스 유닛(2004)은 배터리들(2006) 내의 저장된 전력을 통해 동작된다.
적어도 하나의 실시 형태에서, 통신 시스템은 삽입된 렌즈들과 상호작용하기 위한 무선 주파수 식별(RFID) 안테나와 같은 안테나 및 상기 안테나와 전기적으로 통신하는 제어기를 포함한다. 적어도 하나의 실시 형태에서, 제어기는 적어도 하나의 메모리와 전기 통신 상태에 있는데, 적어도 하나의 실시 형태에서 메모리는 메모리 스틱에 사용되는 것과 같은 플래시 메모리이다. 상호작용의 예는 하나의 렌즈 또는 둘 모두의 렌즈들 상의 전원의 무선 재충전,
현재 시간의 전송, 알람 시간을 전송하는 것, 렌즈(들)에 저장된 데이터를 저장 박스 내의 (또는 그와 통신 상태에 있는) 메모리에 전송하는 것, 및 착용자-고유 특징들에 기초하여 템플릿들 및 마스크들을 저장 박스로부터 적어도 하나의 렌즈로 전달하는 것을 포함한다. 대안적인 실시 형태에서, 안테나는 컴퓨터 또는 스마트폰과 같은 외부 장치와 통신하기 위해 사용된다.
적어도 하나의 실시 형태에서, 제어기는 저장 박스 상의 현재 시간에 상관되는 바와 같은 데이터 전송 시의 현재 누산기 판독값에 기초하여 시간 스탬프 정보를 실제 시간들로 변경하기 위해 적어도 하나의 렌즈로부터 수신된 데이터를 변환하고/하거나 포맷하도록 구성된다. 대안적인 실시 형태에서, 저장 박스는 신호를 렌즈로 전송하여 누산기를 0으로 리셋하고, 프로세서는 누산기가 0으로 리셋된 시간을 메모리에 기록하거나, 또는 대안적으로 누산기를 정확한 시간으로 업데이트한다. 저장 박스 내로의 렌즈의 재삽입 후에, 프로세서는 현재 시간에 주목하고, 샘플링 사이클들의 수를 결정한다. 렌즈(들)의 제거 이후에 렌즈(들)의 동작 상태 및/또는 무엇이 샘플링되고 있는지에 따라 샘플링 사이클들이 상이한 길이들을 갖는 실시 형태에서, 저장 박스는 저장 박스에 의해 측정되는 바와 같이 저장 박스로부터의 렌즈(들)의 제거와 저장 박스로의 렌즈(들)의 복귀 사이의 시간 차이에 걸쳐 샘플 기간들을 정규화한다. 대안적으로, 샘플링 사이클들이 상이한 길이들의 것일 때, 저장 박스는 신호를 콘택트 렌즈로 전송하여 그의 발진기를 콘택트 렌즈에 의해 발현되는 시간 추이에 관련된 양으로 조정하고, 추가 실시 형태에서 저장 박스는 콘택트 렌즈 상의 누산기 상에 시간을 업데이트한다.
일부 실시 형태에서, 전기 통신 커넥터(2002)는 AC 또는 DC 전류의 단순 공급원을 포함할 수 있다. 그러한 실시 형태들에서, 전기 통신 커넥터(2002)를 통하여 전력이 제공되기 때문에 전원(2006)은 생략될 수 있다.
안내 렌즈 또는 IOL은 눈에 이식되어 수정체를 대체하는 렌즈이다. 이는 백내장이 있는 사람에게 또는 단순히 다양한 굴절 오차(refractive error)를 치료하는 데 이용될 수 있다. IOL은 전형적으로 렌즈를 눈에 있는 캡슐형 백(capsular bag) 내의 제위치에 보유하기 위해 헵틱(haptic)이라고 불리는 플라스틱 측부 스트럿(strut)을 갖는 작은 플라스틱 렌즈를 포함한다. 본 명세서에 기술된 전자기기 및/또는 구성요소들 중 임의의 것이 콘택트 렌즈들의 것과 유사한 방식으로 IOL들 내에 포함될 수 있다.
가장 실용적인 실시 형태로 여겨지는 것이 도시되고 기술되었지만, 기술되고 도시된 특정 설계 및 방법으로부터의 변형들이 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 변형과 일관되도록 구성되어야 한다.
Claims (26)
- 눈 상의 안과용 렌즈의 착용자에게 알람 큐(alarm cue)를 제공하기 위한 시스템으로서,
시간의 경과를 추적하도록 구성된 타이밍 회로;
데이터를 수신하기 위한 적어도 일방향 통신을 용이하게 하도록 구성된 통신 시스템;
경보를 제공하도록 구성된 경보 메커니즘;
상기 타이밍 회로, 상기 통신 시스템, 및 상기 경보 메커니즘에 전기적으로 접속된 시스템 제어기로서, 상기 타이밍 회로, 상기 통신 시스템, 및 상기 경보 메커니즘을 제어하도록 구성된 상기 시스템 제어기; 및
상기 타이밍 회로, 상기 통신 시스템, 상기 경보 메커니즘 및 상기 시스템 제어기 중 적어도 일부를 봉지할 수 있는 상기 안과용 렌즈를 포함하는, 시스템. - 제1항에 있어서, 상기 통신 시스템은 외부 장치로부터 상기 수신된 데이터를 무선으로 수신하고 상기 수신된 데이터를 상기 시스템 제어기로 전송하도록 구성된 수신기를 포함하는, 시스템.
- 제2항에 있어서,
상기 타이밍 회로는 시간을 추적하기 위한 누산기를 포함하고,
상기 시스템 제어기는 알람 시간이 상기 시스템 제어기에 의해 저장되는 메모리를 추가로 포함하고, 상기 시스템 제어기는 상기 수신된 데이터에 응답하여 상기 누산기 상에 시간을 설정하고 상기 수신된 데이터에 응답하여 상기 메모리 내에 알람 시간을 설정하도록 구성되는, 시스템. - 제3항에 있어서,
상기 시스템 제어기는 상기 누산기 내의 데이터가 상기 메모리에 저장된 데이터와 매칭(matching)될 때 신호를 상기 경보 메커니즘으로 전송하도록 구성되고,
상기 알람 메커니즘은 상기 시스템 제어기로부터 수신된 상기 신호에 응답하여 상기 안과용 렌즈의 착용자에게 경보를 제공하도록 구성되는, 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 타이밍 회로는 시간을 추적하기 위한 누산기를 포함하고;
상기 시스템 제어기는 알람 시간이 상기 시스템 제어기에 의해 저장되는 메모리를 추가로 포함하고, 상기 시스템 제어기는 상기 수신된 데이터에 응답하여 상기 누산기를 0(zero)으로 리셋하고 상기 수신된 데이터에 응답하여 상기 메모리 내에 알람 시간을 리셋하도록 구성되는, 시스템. - 제5항에 있어서,
상기 시스템 제어기는 상기 누산기 내의 데이터가 상기 메모리에 저장된 데이터와 매칭될 때 신호를 상기 경보 메커니즘으로 전송하도록 구성되고,
상기 알람 메커니즘은 상기 시스템 제어기로부터 수신된 상기 신호에 응답하여 상기 안과용 렌즈의 착용자에게 경보를 제공하도록 구성되는, 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 경보 메커니즘은 전기 구성요소를 포함하고,
상기 경보 메커니즘은 상기 시스템 제어기로부터의 알람 신호에 응답하여 상기 착용자에게 경보를 발하기 위해 상기 전기 구성요소를 턴 온하는, 시스템. - 제7항에 있어서, 상기 전기 구성요소는 상기 착용자의 눈과 진동 접촉 상태의 트랜스듀서(transducer) 및 LED 중 적어도 하나를 포함하는, 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 경보 메커니즘은,
상기 경보로서 상기 렌즈의 착용자의 망막 및 상기 렌즈 자체 중 적어도 하나 상으로 광을 제공하기 위해 상기 렌즈 상에 위치되는 광원,
상기 경보로서 상기 렌즈의 착용자의 눈을 진동시키기 위한 트랜스듀서,
각막 표면, 공막 표면, 각막의 감각 신경, 및 공막의 감각 신경 중 적어도 하나를 자극하도록 구성된 전기 시뮬레이터, 및
상기 렌즈의 광학 구역의 광학 구역 변형을 제공하는 트랜스듀서 중 적어도 하나를 포함하는, 시스템. - 제9항에 있어서, 상기 렌즈 내에 포함된 안검 위치 센서 시스템을 추가로 포함하고, 상기 안검 위치 센서 시스템은 안검 위치를 검출하기 위한 복수의 수직 점들을 갖고,
상기 시스템 제어기는 상기 안검 위치 센서 시스템으로부터 안검 위치를 나타내는 신호를 수신하기 위해 상기 안검 위치 센서 시스템과 전기 통신 상태에 있고, 상기 시스템 제어기는 상기 안검이 닫힌 채 유지되고 누산기 값이 알람 값을 초과할 때 상기 경보 메커니즘으로부터의 경보들의 확대(escalation)를 트리거하는, 시스템. - 제1항에 있어서, 상기 수신된 데이터로서 시간 제어 신호를 상기 통신 시스템으로 송신하도록 구성된 외부 장치를 추가로 포함하고,
상기 통신 시스템은 상기 외부 장치로부터 상기 시간 제어 신호를 무선으로 수신하고 상기 시간 제어 신호를 상기 시스템 제어기로 전송하도록 구성된 수신기를 포함하고,
상기 타이밍 회로는 시간을 추적하기 위한 누산기를 포함하고,
상기 시스템 제어기는 알람 시간이 상기 시스템 제어기에 의해 저장되는 메모리를 추가로 포함하고, 상기 시스템 제어기는 상기 시간 제어 신호에 응답하여 상기 타이밍 회로 상에 시간을 설정하고 상기 시간 제어 신호에 응답하여 상기 메모리 내에 알람 시간을 설정하도록 구성되는, 시스템. - 제11항에 있어서,
상기 시스템 제어기는 상기 타이밍 회로 내의 데이터가 상기 메모리에 저장된 데이터와 매칭될 때 신호를 상기 경보 메커니즘으로 전송하도록 구성되고,
상기 알람 메커니즘은 상기 시스템 제어기로부터 수신된 상기 신호에 응답하여 상기 콘택트 렌즈의 착용자에게 경보를 제공하도록 구성되는, 시스템. - 2개의 동공들 상에 알람 큐를 제공하기 위한 시스템으로서,
제1 콘택트 렌즈로서,
시간의 경과를 추적하도록 구성된 타이밍 회로,
외부 장치와의 적어도 일방향 통신을 용이하게 하도록 구성된 통신 시스템,
경보를 제공하도록 구성된 경보 메커니즘,
상기 타이밍 회로, 상기 통신 시스템, 및 상기 경보 메커니즘에 전기적으로 접속되고, 상기 타이밍 회로, 상기 통신 시스템, 및 상기 경보 메커니즘을 제어하도록 구성된 시스템 제어기, 및
상기 콘택트 렌즈의 상기 타이밍 회로, 상기 통신 시스템, 상기 경보 메커니즘 및 상기 시스템 제어기 중 적어도 일부를 봉지하는 삽입물을 포함하는, 상기 제1 콘택트 렌즈; 및
제2 콘택트 렌즈로서,
알람 신호를 포함하는 상기 제1 콘택트 렌즈의 상기 통신 시스템과의 적어도 일방향 통신을 용이하게 하도록 구성된 통신 시스템,
상기 통신 시스템으로부터 수신된 상기 알람 신호에 응답하여 경보를 제공하도록 구성된 경보 메커니즘, 및
상기 통신 시스템 및 상기 경보 메커니즘 중 적어도 일부를 봉지하는 삽입물을 포함하는, 상기 제2 콘택트 렌즈를 포함하는, 시스템. - 제13항에 있어서, 상기 제1 콘택트 렌즈 및 상기 제2 콘택트 렌즈의 각각은 안검 위치를 검출하기 위한 복수의 수직 점들을 갖는 안검 위치 센서 시스템을 포함하고,
상기 제1 콘택트 렌즈의 상기 시스템 제어기는 상기 안검 위치 센서 시스템의 각각으로부터 안검 위치를 나타내는 신호를 수신하기 위해 상기 안검 위치 센서 시스템들과 전기 통신 상태에 있고,
상기 시스템 제어기는 상기 제1 콘택트 렌즈의 상기 경보 메커니즘으로 그리고 상기 통신 시스템들을 통하여 상기 제2 콘택트 렌즈 상의 상기 경보 메커니즘으로 신호를 전송함으로써 상기 타이밍 회로로부터의 신호에 의해 나타내지는 바와 같은 값이 알람 값과 매칭될 때 알람을 트리거하는데, 여기서 상기 신호는 알람을 제공하기 위해 상기 경보 메커니즘들의 활성화를 야기하고,
상기 시스템 제어기는 상기 안검들이 닫힌 채 유지되고 누산기 값이 상기 알람 값보다 더 큰 알람 확대 값을 초과할 때 상기 경보 메커니즘들로부터의 경보들의 확대를 트리거하는, 시스템. - 제14항에 있어서, 상기 시스템 제어기는 미리 결정된 레이트로 샘플링하도록 구성되고, 그리고 수집된 샘플들을 적어도 일시적으로 저장하고, 상기 수집된 샘플들로부터 깜박임들의 개수, 기간 및 펄스 폭을 결정하기 위하여 상기 안검들이 열려 있거나 닫혀 있는 시기를 결정하고, 주어진 기간 내의 깜박임들의 개수 및 상기 깜박임들의 지속기간을 계산하고, 깜박일 때의 패턴들을 결정하기 위해 샘플들의 저장된 세트와 상기 주어진 기간 내의 상기 깜박임들의 개수, 상기 깜박임들의 지속기간들, 및 상기 주어진 기간 내의 깜박임들 사이의 시간을 비교하고, 그리고 상기 깜박임들이 하나 이상의 의도적인 깜박임 시퀀스들에 대응하는지를 결정하고,
상기 의도적인 깜박임 시퀀스들은 시스템 제어기의 동작을 제어하여 상기 경보 메커니즘들을 트리거하고, 알람 스누즈(alarm snooze), 알람 종료, 및 알람 값 설정 중 적어도 하나를 포함하는, 시스템. - 제13항에 있어서,
각각의 경보 메커니즘은 전기 구성요소를 포함하고,
각각의 경보 메커니즘은 상기 시스템 제어기로부터의 알람 신호에 응답하여 상기 착용자에게 경보를 발하기 위해 상기 전기 구성요소를 턴 온하는, 시스템. - 제16항에 있어서, 상기 전기 구성요소는 상기 착용자의 눈과 진동 접촉 상태의 트랜스듀서 및 LED 중 적어도 하나를 포함하는, 시스템.
- 제13항에 있어서, 적어도 하나의 경보 메커니즘은,
상기 경보로서 상기 렌즈의 착용자의 망막 및 상기 렌즈 자체 중 적어도 하나 상으로 광을 제공하기 위해 상기 렌즈 내에 위치되는 광원,
상기 경보로서 상기 렌즈의 착용자의 눈을 진동시키기 위한 트랜스듀서,
각막 표면, 공막 표면, 각막의 감각 신경, 및 공막의 감각 신경 중 적어도 하나를 자극하도록 구성된 전기 시뮬레이터, 및
상기 렌즈의 광학 구역의 광학 구역 변형을 제공하는 트랜스듀서 중 적어도 하나를 포함하는, 시스템. - 제13항에 있어서, 상기 제1 콘택트 렌즈의 상기 통신 시스템으로 시간 제어 신호를 송신하도록 구성된 외부 장치를 추가로 포함하고,
상기 제1 콘택트 렌즈의 상기 통신 시스템은 상기 외부 장치로부터 상기 시간 제어 신호를 무선으로 수신하고 상기 시간 제어 신호를 상기 시스템 제어기로 전송하도록 구성된 수신기를 포함하고,
상기 타이밍 회로는 시간을 추적하기 위한 누산기를 포함하고,
상기 시스템 제어기는 알람 시간이 상기 시스템 제어기에 의해 저장되는 메모리를 추가로 포함하고, 상기 시스템 제어기는 상기 시간 제어 신호에 응답하여 상기 타이밍 회로 상에 시간을 설정하고 상기 시간 제어 신호에 응답하여 상기 메모리 내에 알람 시간을 설정하도록 구성되는, 시스템. - 안과용 렌즈의 착용자에게 알람을 제공하기 위한 방법으로서,
통신 회로 및 시스템 제어기로 알람 시간을 수신하는 단계,
상기 수신된 알람 시간에 기초하여 메모리 내에 상기 시스템 제어기에 의해 알람 값을 설정하는 단계,
상기 시스템 제어기에 의해 타이밍 회로를 개시하는 단계, 및
상기 시스템 제어기로 상기 타이밍 회로 출력을 메모리 내의 상기 알람 값과 비교하는 단계를 포함하고,
상기 타이밍 회로 출력이 저장된 상기 알람 값을 초과할 때, 상기 시스템 제어기는 신호를 경보 메커니즘으로 전송하여 상기 안과용 렌즈 상의 알람을 트리거하는, 방법. - 제20항에 있어서,
적어도 하나의 안검 위치 센서로 적어도 하나의 안검이 닫힌 채 유지되는지 여부를 검출하는 단계를 추가로 포함하고,
적어도 하나의 안검이 닫힌 채 유지될 때, 상기 시스템 제어기는 상기 경보 메커니즘에 의해 제공되는 알람을 확대시키고,
적어도 하나의 안검이 열려 있을 때, 상기 시스템 제어기는 종료 신호를 상기 경보 메커니즘으로 전송함으로써 상기 알람을 종료시키는, 방법. - 제20항에 있어서,
상기 통신 회로로 스누즈 명령어를 수신하는 단계, 및
상기 스누즈 명령어에 응답하여 상기 시스템 제어기에 의해 미리 결정된 스누즈 값 만큼 상기 알람 값을 증분시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법. - 제22항에 있어서, 상기 스누즈 명령어는 상기 시스템 제어기 및 상기 통신 회로의 안검 위치 센서에 의해 검출되는 깜빡임 패턴으로부터 수신되는, 방법.
- 제22항에 있어서, 상기 스누즈 명령어는 외부 장치로부터 상기 시스템 제어기에 의해 상기 통신 회로를 통하여 수신되는, 방법.
- 제20항에 있어서, 상기 시스템 제어기 및 상기 통신 회로의 안검 위치 센서에 의해 검출되는 수신된 깜박임 패턴에 응답하여 상기 알람을 종료시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
- 제20항에 있어서, 외부 장치로부터 상기 시스템 제어기에 의해 상기 통신 회로를 통하여 수신된 종료 명령어에 응답하여 상기 알람을 종료시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
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