TW201900100A - 用於睫狀肌振動偵測的系統及方法 - Google Patents
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Abstract
本揭露係關於用於電子眼用裝置之感測器系統。在某些實施例中,該等感測器系統可包含一振動感測器及一處理器,該振動感測器經設置成相鄰一使用者之一眼睛,該振動感測器經組態以偵測至少部分由睫狀肌運動造成之一振動,該振動感測器進一步經組態以提供一輸出,該處理器經組態以接收該輸出及判定指示該睫狀肌運動之該輸出之一特性。
Description
本揭露係關於電子眼用裝置,諸如可配戴鏡片,包括隱形眼鏡、可植入鏡片(包括人工水晶體(IOL))及任何其他類型的包含光學組件之裝置,更具體而言係關於用於偵測個體中的睫狀肌訊號以啟動及控制電子眼用裝置的感測器及相關硬體與軟體。
目前,眼用裝置(諸如隱形眼鏡和人工水晶體)被用來矯正視力缺陷,諸如近視(近視眼)、遠視(遠視眼)、老花眼、和散光。然而,合併附加組件之設計妥適的鏡片可用來增強視力以及矯正視力缺陷。
眼用裝置可合併鏡片總成,該鏡片總成具有電子可調整焦距,以提升或強化眼睛的性能。在鏡片總成中使用嵌入式電子元件將產生對與該等電子元件通訊、對為該等電子元件供電及/或重賦能之方法、對互相連接該等電子元件、對內部以及外部感測及/或監控、以及對控制該等電子元件與該鏡片的整體功能之潛在需求。
習用的隱形眼鏡為具有特定形狀的聚合結構,以如上文所簡述地矯正多種視力問題。為了達成增強的功能,必須將多種電路和組件整合到這些聚合結構中。例如,可透過訂製的光電組件將控制電路、微處理器、通訊裝置、電力供應器、感測器、致動器、發光二極體及微型天線整合入隱形眼鏡中,以不僅矯正視力,也加強視覺以及額外功能。
例如,電子式及/或供電式隱形眼鏡可經設計以經由放大目標和縮小目標的能力或單純地透過修改鏡片的折射能力來提供經增強的視力。電子式及/或供電式隱形眼鏡可經設計以強化色彩和解析 度、顯示紋理資訊、將語音即時轉譯為字幕、提供導航系統的視覺提示、以及提供影像處理和網路存取。鏡片可經設計以讓配戴者在低光照狀況下看得見。鏡片上經妥適設計的電子器件及/或電子器件佈置可允許例如在沒有可變焦光學鏡片的情況下將圖像投射到視網膜上、提供新型圖像顯示、及甚至提供喚醒警示。替代地,或者除了這些功能或類似功能中之任一者外,隱形眼鏡可併入組件以非侵入地監測配戴者的生物標記及健康指標。
此外,由於與供電式鏡片相關聯的功能之複雜度以及所有組件之間的高度互動,需要協調和控制電子元件和光學器件的整體操作。
本揭露係關於一種供電式或電子式眼用裝置,其包含一電子系統並進而執行任何數量之功能,包括致動一可變焦光學器件(若包括)。該電子系統可包括一或多個電池或其他電源、電力管理電路系統、一或多個感測器、時脈產生電路系統、控制演算法、包含一振動(例如位移)感測器的電路系統、以及鏡片驅動器電路系統。
本揭露係關於電子眼用裝置,其等包含一或多個本文中所描述的感測器系統。在某些實施例中,一電子眼用裝置可包含一眼用鏡片,該眼用鏡片具有一光學區及一周邊區。一眼用裝置可包含合併至該眼用鏡片之光學區中之一可變光學元件,該可變光學件經組態以改變該眼用鏡片之屈光度。一眼用裝置可包含合併至該眼用鏡片之該周邊區中之一電子組件,該電子組件包括用於偵測與調節過程相關聯之睫狀肌運動的感測器系統,該感測器系統經組態以產生一用於控制該可變光學元件之動作。
本揭露係關於用於感測一眼用裝置之一使用者之一睫狀肌的一特性之方法。此特性可係造成透過該眼睛轉移的一振動。
本揭露關於一感測系統,該感測系統包含一振動感測器及一處理器,該振動感測器經設置成相鄰一使用者之一眼睛,該振動感測器經組態以感測至少部分由睫狀肌運動造成之一振動,該振動 感測器進一步經組態以提供一輸出,該處理器經組態以接收該輸出及判定指示該睫狀肌運動之該輸出之一特性。
本揭露關於一眼用裝置,該眼用裝置包含一眼用鏡片、一可變光學元件及一振動感測器,該眼用鏡片具有一光學區及一周邊區,該可變光學元件合併至該眼用鏡片之該光學區中,該可變光學件經組態以改變該可戴式眼用鏡片之該屈光度,該振動感測器經設置在該眼用鏡片之該周邊區中,該振動感測器經組態以感測至少部分由與該調節過程相關聯之睫狀肌運動造成之一振動,該振動感測器進一步經組態以提供一輸出,其中該可變光學元件經組態以至少基於該輸出而受控制。
本揭露關於用於判定一眼用裝置之一使用者之該睫狀肌的一特性之方法。某些方法可包含經由設置成相鄰該使用者之一眼睛之一振動感測器,接收指示至少部分由該睫狀肌之該特性的一變化造成之一振動的一振動訊號,至少基於該振動訊號判定指示該睫狀肌之該特性的一位移特徵(displacement signature),及經由一控制實施與該眼用裝置相關聯之一預定功能。
100‧‧‧眼用裝置
102‧‧‧感測器
104‧‧‧感測器電路
106‧‧‧類比數位轉換器
108‧‧‧數位訊號處理器/數位 訊號處理系統
110‧‧‧睫狀肌
112‧‧‧角膜/眼睛/眼睛表面
114‧‧‧控制器
116‧‧‧電源
118‧‧‧致動器
200‧‧‧眼用裝置
202‧‧‧接觸件
204‧‧‧感測器電路
206‧‧‧類比數位轉換器
208‧‧‧數位訊號處理器
214‧‧‧控制器
216‧‧‧電源
218‧‧‧致動器
302‧‧‧訊號/跡線
304‧‧‧跡線
306‧‧‧訊號/高
308‧‧‧遠
310‧‧‧低
312‧‧‧近
400‧‧‧眼用裝置
402‧‧‧光學區
404‧‧‧周邊區
406‧‧‧電氣電路
408‧‧‧電源
410‧‧‧電互連件
500‧‧‧系統
502‧‧‧眼用裝置/裝置
504‧‧‧振動感測器/感測器
506‧‧‧感測器調節器
508‧‧‧多工器
510‧‧‧控制器
512‧‧‧致動器
514‧‧‧電源
600‧‧‧感測器
700‧‧‧感測器
800‧‧‧感測器
900‧‧‧隱形眼鏡
902‧‧‧軟性塑膠部分
904‧‧‧插件
906‧‧‧鏡片
908‧‧‧積體電路
910‧‧‧電池
912‧‧‧感測器
914‧‧‧佈線跡線
1200‧‧‧眼睛/兩眼
1201‧‧‧線條
1202‧‧‧瞳孔
1204‧‧‧角度
1300‧‧‧眼睛/兩眼
1301‧‧‧線條
1302‧‧‧瞳孔
1304‧‧‧角度
1400‧‧‧隱形眼鏡
1401‧‧‧通道
1402‧‧‧瞳孔
1404‧‧‧系統
1406‧‧‧眼睛/鏡片
1500‧‧‧系統
1501‧‧‧隱形眼鏡
1502‧‧‧感測器
1504‧‧‧處理器
1506‧‧‧控制器
1508‧‧‧致動器
1510‧‧‧收發器
1512‧‧‧天線
1514‧‧‧電源
1600‧‧‧會聚
1602‧‧‧焦距狀態/遠焦狀態
1604‧‧‧焦距狀態/近焦狀態
1606‧‧‧焦距狀態/遠焦狀態
1608‧‧‧臨限
1701‧‧‧眼睛/兩眼
1703‧‧‧瞳孔
1705‧‧‧線條
1707‧‧‧角度
1709‧‧‧角度
1801‧‧‧眼睛/兩眼/左眼
1803‧‧‧眼睛/兩眼/右眼
A‧‧‧目標
B‧‧‧目標
C‧‧‧目標
D‧‧‧目標
E‧‧‧目標
從以下對本揭露較佳實施例之更具體敘述中,如所附圖式所繪示,將更清楚明白本揭露之前述及其他特徵與優勢。
圖1繪示根據本揭露之一些實施例之一例示性眼用裝置,其包含感測器系統。
圖2繪示根據本揭露之一些實施例之一例示性眼用裝置,其包含感測器系統。
圖3係一圖形表示,其展示根據本揭露之可測量之電參數與眼睛所欲之焦距之間的相關性。
圖4係根據本揭露之一眼用裝置之平面圖,該眼用裝置包含電子組件,該等電子組件包括一感測器系統與一可變光學器件。
圖5A係根據本揭露之合併至眼用裝置中之例示性電子系統之示意表示圖。
圖5B係圖5A之該例示性電子系統的放大圖。
圖6繪示根據本揭露之一些實施例之一例示性積分器之示意圖。
圖7繪示根據本揭露之一些實施例之一例示性積分器之示意圖。
圖8繪示根據本揭露之一些實施例之一界外(out-of-bounds)電路之示意圖。
圖9係根據本揭露之例示性供電式或電子眼用裝置之示意表示圖。
圖10係注視一遠物之人眼之示意前透視表示圖。
圖11係圖10之眼睛的示意上透視表示圖。
圖12係注視一近物之人眼之示意前透視表示圖。
圖13係圖12之眼睛的上透視表示圖。
圖14係根據本揭露之兩例示性瞳孔位置及會聚感測器的圖示,該等感測器具有用於同步兩眼間的操作之一通訊頻道。
圖15A係根據本揭露之併入一隱形眼鏡中之一例示性瞳孔位置及會聚偵測系統的圖示。
圖15B為圖15A例示性瞳孔位置及會聚偵測系統之放大圖。
圖16為例示性瞳孔會聚及焦距間之相關性曲線的圖示。
圖17A為人眼注視右方之前視圖示。
圖17B係圖17A之眼睛的上透視圖示。
圖18係根據本揭露之幾何的圖示,該幾何與二維中的各種注視方向關聯。
圖19係自Zuber BL、Stark L.、Cook G:Science 150:1459,1965之相對於振幅之掃視及微掃視之最大速度先前技術圖。
圖20繪示自Bahill AT、Brockenbrough A、Troost T:Invest Ophthalmol Vis Sci 21:116,1981之顯示依據13個個體以正常視力之眼睛掃視運動的掃視量值而變動之峰速度、持續時間、及第一峰加速度的先前技術主序列示意圖。
圖21係自Hung GK、Ciuffreda KJ、Semmlow JL、Horng JL:Invest Ophthalmol Vis Sci 35:3486,1994之對於一對象中之各種刺激條件之主序列差異聚散度反應的先前技術圖示。
眼用裝置可包括可植入裝置及/或可戴式裝置,諸如隱形眼鏡。習用的隱形眼鏡為具有特定形狀的聚合結構,以如上文所簡述地矯正多種視力問題。為實現增強功能性,可將各種電路和元件整合至該些聚合物材料結構。例如,可透過訂製的光電組件將控制電路、微處理器、通訊裝置、電力供應器、感測器、致動器、發光二極體及微型天線整合入隱形眼鏡中,不僅用於矯正視力,也能加強視覺以及提供如本文說明的額外功能。
電子式及/或供電式眼用裝置(諸如隱形眼鏡)可經設計以經由放大目標和縮小目標的能力及/或透過修改鏡片的折射能力來提供經增強的視力。電子式及/或供電式裝置可經設計以強化色彩及解析度、顯示紋理資訊、將語音即時轉譯為字幕、提供導航系統的視覺提示、以及提供影像處理和網路存取。該等裝置可經設計以讓使用者/配戴者在低光照條件下看得見。裝置(例如鏡片)上經妥適設計的電子器件及/或電子器件之配置可允許例如在沒有可變焦光學鏡片的情況下將圖像投射到視網膜上、提供新穎圖像顯示、及甚至提供喚醒警示。替代地,或者除了這些功能或類似功能中之任一者外,眼用裝置(例如隱形眼鏡)可併入組件以非侵入地監測配戴者的生物標記及健康指標。例如,藉由分析淚液膜的組分,內建於眼用裝置(例如隱形眼鏡)中的感測器可允許糖尿病患者密切注意血糖位準,而不需要抽血。此外,經適當地組態的鏡片可合併用於監測膽固醇、鈉和鉀位準以及其他生物標記的感測器。這與無線資料發送器耦接可允許醫師幾乎立即存取患者的血液化學性質,而不需要患者浪費時間至實驗室進行抽血。此外,可利用內建於眼用裝置(例如隱形眼鏡)中的感測器來偵測入射到眼睛上的光,以補償環境光照狀況或者用於判定眨眼模式。
本揭露之供電式或電子式眼用裝置可包含必要元件以矯正及/或增強具有上述之一或多種視力缺陷的患者之視力,或以其他方式執行一可用的眼用功能。此外,電子式隱形眼鏡可單純地用來增強正常的視力,或者提供如上述的多種功能。該電子隱形眼鏡可包含可變焦的光學鏡片、嵌入隱形眼鏡中的前部光學器件或在沒有鏡片的 狀況下僅嵌入電子器件,以用於任何適當的功能。本揭露的電子式鏡片可併入任何數量之上述隱形眼鏡中。此外,人工水晶體也可合併本文所述之各種組件和功能。然而,為說明容易起見,本揭露將專注於用於矯正所欲之視力缺陷的單次使用的日拋型電子式隱形眼鏡。
本揭露可用於包含一電子系統的供電式眼用裝置中,該電子系統制動一可變焦光學件或任何其他一或多個裝置,該任何其他一或多個裝置係經組態以實施任何數量之多種可執行的功能。該電子系統包括一或多個電池或其他電源、電力管理電路系統、一或多個感測器、時鐘產生電路系統、控制演算法和電路系統、以及鏡片驅動器電路系統。這些組件的複雜度可根據鏡片所要求或所欲之功能而變化。
對電子式或供電式眼用鏡片的控制可透過與鏡片通訊的手動操作式外部裝置(諸如手持式遠端單元)來完成。例如,錶鏈可基於配戴者的人工輸入與供電式鏡片進行無線通訊。替代地,對供電式眼用鏡片的控制可經由直接來自於配戴者的回饋訊號或控制訊號來完成。例如,內建於該鏡片之感測器可感測指示睫狀肌移動(即收縮與放鬆)的訊號,以補償晶狀體功能障礙或任何其他與視覺敏銳度或眼睛疾病相關聯之問題。根據這些訊號,該供電式眼用鏡片可改變狀態,例如,為了聚焦於一近物或一遠物而改變其屈光度。
本揭露之系統、裝置、及方法可經組態以感測使用者之睫狀肌運動,例如使用振動感測。眼睛中之睫狀肌為控制或試圖控制晶狀體形狀之構造。晶狀體係由晶狀體囊所包住,而晶狀體囊係由連接於睫狀肌之睫帶所懸吊。睫狀肌會致使睫帶收縮或放鬆,從而改變晶狀體之形狀及/或聚焦度。如果晶狀體無法部分或完全回應睫狀肌運動,則這個人將無法調節,此為一種已知為老花眼的疾病。因此,可使用一會回應這些訊號的供電式或電子眼用鏡片來補償此調節能力喪失。
每隻眼睛皆含有睫狀肌,其位於晶狀體周圍或附近。睫帶(zonule)連接於睫狀肌並且同時連接於晶狀體。睫狀肌會藉由改變晶狀體之形狀來控制調節,以觀看不同距離的物體。例如,當聚焦於 一近物而需要一短焦距時,睫狀肌會收縮並且放鬆睫帶,致使晶狀體變得更圓且更緊密。
作為一實例,當聚焦於一遠物而需要一加長之焦距時,睫狀肌會放鬆並且睫帶會拉緊晶狀體邊緣,使晶狀體變薄且更扁平。據此,可利用衍生自睫狀肌特性之變化的電訊號作為啟用及控制一供電式眼用裝置之方式。作為一實例,在睫狀肌狹縮及放鬆時,睫狀肌及相關結構(例如睫帶)的運動例如藉由改變肌肉纖維平行/垂直於電流流向定向之角度及因此改變電阻抗而導致對流經該等結構之電流之阻抗的改變。此阻抗及阻抗的改變可指示例如該等肌肉纖維之一組態之一睫狀肌特性。作為一進一步實例,當睫狀肌狹縮及放鬆時,睫狀肌及關聯結構(諸如睫帶)之運動可造成可透過該眼睛轉移的振動。如此,振動感測器(例如位移感測器、觸覺感測器等)可經組態以偵測眼睛中之振動。
供電式或電子眼用裝置可能必須負責偵測自利用該供電式或電子眼用裝置的個人的各種睫狀肌訊號。更具體而言,供電式眼用裝置可能需要偵測並區別各種睫狀肌訊號(例如振動)與其他訊號、雜訊與干擾之一或多者。
虹膜或眼睛的有色部分為位於眼睛前房與後房之間的隔膜,並且其係由兩條調節瞳孔大小以控制進入眼睛之光量的肌肉所構成。開大肌會開大瞳孔而括約肌會關小瞳孔。眼睛亦具有六條控制眼睛或眼球之整體運動的眼外肌。眼外肌及/或開大肌與括約肌的感測可為一供電式或電子眼用鏡片提供其他或額外之功能性。眼睛包含多種液體成分,包括淚液膜。這些液體是電訊號以及其他訊號的極佳導體,例如聽覺訊號或聲波。據此,應理解的是,根據本揭露之神經肌肉感測器可提供用於控制任何數量之功能之回饋訊號,該等功能可藉由一供電式或電子眼用鏡片來實施。然而,根據本揭露,該電路系統經組態以偵測、分離、並放大睫狀肌訊號,同時並濾除干擾及其他肌肉訊號。
一感測器(其組件可嵌入於一供電式隱形眼鏡中)可偵測不同眼睛肌肉訊號之特性。例如,多種訊號可包括當眼睛向上或 向下移動、聚焦於近處、及對於環境光位準之改變進行調整(諸如從亮至暗、暗至亮、或任何其他光條件)時的一或多者。睫狀肌控制晶狀體之形狀以使眼睛聚焦於近物或遠物。該感測器會依靠追蹤各種訊號,包括振幅、時域反應與頻率組成,其為在某些範例狀況中產生自或發射自睫狀肌者,例如當一個人在閱讀、聚焦於遠處或在具有螢光燈照明的房間中時。重要的是請注意,此情況的清單係例示性並非窮舉的。
這些睫狀肌訊號樣本可經記錄與追蹤,其中各個訊號之各種波形與頻率可與其他訊號、雜訊與干擾之一或多者有所區別。如上所提及者,本揭露之電路系統較佳係經設計以偵測、分離、及/或過濾睫狀肌訊號。在替代性實施例中,其他肌肉訊號可用於增強或實施其他眼睛功能。每當該感測器偵測到一已識別之睫狀肌訊號時,其可觸發該電子電路系統中之行動,例如啟動一電子鏡片。
如本說明書中所提出者,眼睛之晶狀體係由睫帶所懸吊,睫帶為同時連接於晶狀體與睫狀肌之纖維組織。睫狀肌會對各種刺激產生反應並且送出多種訊號,這些訊號正常是由中樞神經系統來解讀,而某些動作因此發生。例如,在調節時,當視網膜接收來自一緊接物體或近物的影像時,睫狀肌會收縮。此收縮會致使睫帶放鬆並允許晶狀體變厚,此進而使晶狀體焦度更高(增加正焦度),此為聚焦於近處或近物所需者。此過程係已知為調節。更具體而言,在睫狀肌於調節時如何與睫帶及晶狀體配合運作的理論中,此為更廣為接受之理論的其中一者。在具有老花眼的人中,其晶狀體會變得更不具撓性,因而無論睫狀肌如何收縮皆可能不會移動。即使晶狀體沒有反應,睫狀肌仍會收縮或者以其他方式反應並且送出一可測量訊號,而此可測量訊號可與一供電式鏡片搭配利用來補償晶狀體的缺乏反應。換言之,無論調節相對於睫狀肌的精確機制是如何運作,睫狀肌的確會對於不同之刺激產生反應,因而此反應可用正確感測器來測量。據此,可在多種狀況或刺激下測量到一組完整的睫狀肌反應,並且發展一組用來作為一組回饋訊號的資料以用於直接控制一供電式或電子眼用鏡 片。可利用該供電式或電子眼用鏡片來補償多種視敏度問題,包括老花眼以及任何數量之其他病況。
可有多種用來實施本揭露之一些例示性實施例的方法。例如,感測器可利用位移(例如振動)感測及/或麥克風(單獨或組合肌電描記術(EMG)、肌磁描記術(MMG)、肌音描記術(PMG)、及阻抗的一或多者)來偵測一睫狀肌訊號。此外,感測器可包含一非接觸式感測器,例如嵌入於一隱形眼鏡中但未直接接觸眼睛表面之天線。或者,感測器可包含一接觸式感測器,例如直接接觸眼睛表面之接觸墊。重要的是請留意,多種合適裝置與程序皆可用於偵測來自睫狀肌的訊號,如後續所詳細釋明者。如本說明書中所述,可使用任何種類的感測器及/或感測技術。
在某些實施例中,電子式眼用裝置可包含一眼用鏡片,該眼用鏡片具有一光學區及一周邊區。眼用裝置可包含合併至該眼用鏡片之光學區中之一可變光學元件,該可變光學件經組態以改變可戴式眼用鏡片之屈光度。眼用裝置可包含一振動感測器,該振動感測器經設置在該眼用鏡片之該周邊區中,該振動感測器經組態以偵測至少部分由與該調節過程相關聯之睫狀肌運動造成之一振動,該振動感測器進一步經組態以提供一輸出,其中該可變光學元件經組態以至少基於該輸出而受控制。
圖1係以方塊圖形式繪示根據本揭露之一例示性實施例之眼用裝置100,其設置在眼睛或角膜112的前表面上。雖然眼用裝置100係顯示及描述為設置在眼睛的前表面上,但應理解到可使用其他組態,諸如彼等包括人工水晶體組態者。在此例示性實施例中,該感測器系統可包含一或多個感測器102、一感測器電路104、一類比數位轉換器106、一數位訊號處理器108、一電源116、一致動器118、及一系統控制器114。如所繪示者,睫狀肌110係位於眼睛前表面或角膜112後方。更具體而言,眼球可分成兩個部分;即前房與後房。虹膜為位於前房與後房之間的隔膜。位於晶狀體前表面與虹膜後表面之間的是後房。在虹膜底部者為睫狀體,其會產生水樣液並且與睫狀肌接連。眼用裝置100係置於眼睛112之前表面上,其中可利用 該感測器系統之電子電路系統來實施本揭露之神經肌肉感測。感測器102以及其他電路系統經組態以透過形成眼睛及由眼睛產生的各種組織與液體來感測由睫狀肌110的動作而產生的訊號。如上所提出者,眼睛所包含的各種液體皆為電與聽覺訊號的良好導體。
在此例示性實施例中,感測器102可至少部分嵌入進眼用裝置100中。感測器102可與該眼睛機械連通,例如經設置以感測關聯於該眼睛(例如透過該眼睛轉移)的振動。感測器102可係或包含一或多個組件,該一或多個組件經組態以感測於該眼睛處或接近該眼睛之位移(例如振動)。感測器102可包含微球感測器(micro ball sensor)、壓電振動感測器、懸臂感測器、麥克風、及類似者。感測器102可包含壓電感測器組件、音波感測器組件、次音波(subsonic)感測器組件、及/或超音波感測器組件。感測器102可包含一發射器/偵測器對。感測器102可經組態以產生指示所感測之振動的電訊號。如此,當睫狀肌的特性改變,感測器102可由於此變化而感測(多個)位移,且可產生指示此變化或所得特性的電訊號。例如,感測器102可偵測得各種訊號,取決於一睫狀肌所在之狀態(例如其正在收縮或放鬆),或者取決於一睫狀肌正嘗試要執行之動作的類型(例如致使眼睛聚焦在一近物或一遠物上)。作為一進一步實例,在給定時間代表一或多個睫狀肌特性的睫狀肌之具體狀態可關聯於指示該具體狀態之具體位移特徵(displacement signature)。額外地或替代地,在睫狀肌狀態之間的變化可關聯於指示在狀態之間的具體轉移之具體位移特徵。一組位移特徵可經判定(例如經由實驗)並可經儲存供後續比較。該組位移特徵可係使用機器學習、試探法(heuristics)、訊號處理、及/或與一或多個預定特徵比較而產生。該組位移特徵可基於在一時間期間內的實際或預測之使用模式而係使用者特定及/或時間特定的。
實例特徵包括彼等關聯於睫狀肌回應於調節刺激而收縮或放鬆以改變鏡片焦距者。肌運動之峰強度可在刺激近/遠或遠/近變化時發生,其可由訊號302、306(圖3)之導數代表。此肌運動造成對應的張力變化及睫帶與水晶體的運動。關聯於此睫狀肌運動(透過睫帶及眼睛轉移至適當感測器)的特性訊號可具有在振幅、持續期 間、及頻率方面比眼睛周圍其他訊號明顯不同的特性。例如,自然調節在數百毫秒的期間內發生,並涉及對刺激變化反應的快速變化及維持焦距之緩慢變化兩者作為反饋迴圈之部分。訊號處理可區別快速變化、緩慢變化、及諸如眼睛運動的其他訊號。作為一實例,經由本揭露之一或多個感測器及/或感測器系統擷取之資料可基於比較性資料(例如,諸如相對於振幅之掃視及微掃視之最大速度(圖19)、顯示依據眼睛掃視運動之掃視量值而變動之峰速度、持續時間、及第一峰加速度的主序列示意圖(圖20)、及/或主序列差異聚散度反應(圖21))而處理。此處理(例如比較、濾波等)可促進雜訊的區分,並可用以區分快速變化、緩慢變化、及諸如眼睛運動之其他訊號其他比較性資料可經收集及用以處理經由本揭露之感測器及感測器系統擷取之資訊。
回到圖1,感測器電路104或感測器系統可經組態以處理由感測器102接收的訊號。作為一實例,感測器電路104可經組態以將訊號放大以促進訊號位準的小變化之積分。作為一進一步實例,感測器電路104可經組態以將訊號放大至對於該系統之其餘部分可使用的位準,諸如給予訊號足夠的功率以由感測器電路104及/或類比數位轉換器106的多種組件獲取。除了提供增益之外,感測器電路104可包含其他類比訊號調節電路系統,例如適合感測器102及感測器電路104輸出的濾波及阻抗匹配電路系統。感測器電路104可包含用於放大及調節感測器102之訊號輸出的任何合適裝置。舉例而言,感測器電路104可簡單包含一單一運算放大器或者包含一或多個運算放大器之更複雜的電路。
如上所提及者,感測器102及感測器電路104經組態以擷取指示睫狀肌特性的訊號,並且自於眼睛中或由眼睛所產生的雜訊及其他訊號隔離這些訊號,並且將其轉換為該系統控制器114最終可用之一訊號。系統控制器114較佳為經預程式化以識別在各式狀況下由睫狀肌所產生的各種訊號,並且提供一合適之輸出訊號予致動器118。
在此例示性實施例中,類比數位轉換器106可用來將一來自放大器之類比訊號輸出轉換成一用於處理之數位訊號。例如,類比數位轉換器106可將來自感測器電路104之類比訊號輸出轉換成由後續或下游電路(諸如數位訊號處理系統108或微處理器)可使用的數位訊號。數位訊號處理系統或數位訊號處理器108可用於數位訊號處理,包括濾波、處理、偵測、及以其他方式操縱/處理經取樣資料之一或多者,以從雜訊及干擾中識別出睫狀肌訊號。可用上述之睫狀肌反應來預程式化數位訊號處理器108。數位訊號處理器108可利用類比電路系統、數位電路系統、軟體及/或較佳為上述者組合來實施。例如,可發生於一特定頻率範圍內之各種睫狀肌訊號可與發生於其他頻率範圍內之其他訊號、雜訊與干擾區別。可使用類比或數位濾波器在訊號蒐集鏈的各個階段剔除特定常發生之雜訊與干擾訊號,例如50/60Hz AC幹線(AC mains)與螢光燈的調波。可係有利的是透過類比及數位訊號處理的組合將各種雜訊及干擾訊號濾波,例如使用差動電路(differential circuit)設計技術以去除可過載感測放大器的共模雜訊,同時在數位訊號處理中執行時域及頻域分析(例如區分來自眼睛運動之睫狀肌訊號)。
一電源116為多種組件供應電力,包含該非接觸式感測器系統。電力可從電池、能量擷取器(energy harvester)、或如所屬技術領域中具有通常知識者已知之其他合適方式來供應。基本上,任何種類的電源皆可用來為該系統的所有其他組件提供可靠電力。一睫狀肌訊號(經過類比至數位處理)可能能夠啟動該系統控制器114。此外,系統控制器114可依據來自數位訊號處理器108的輸入來控制一供電式隱形眼鏡的其他態樣,例如,透過致動器118來改變電子控制鏡片的焦點或屈光度。
在進一步的替代例示性實施例中,該系統控制器114可接收來自包括一接觸式感測器、一眨眼偵測器及一錶鏈控制器之其中一者或多者的來源之輸入。經由一般化的方法,啟動及/或控制系統控制器114的方法可能需要使用一或多種啟動方法對所屬技術領域中具有通常知識者可係顯而易知。例如,一電子或供電式隱形眼鏡可針 對個人使用者來程式化,如程式化一鏡片以在執行不同動作時(例如,聚焦於遠處物體上或聚焦於近處物體上)同時識別個人的睫狀肌訊號與個人的眨眼模式。在一些例示性實施例中,使用一種以上的方法以啟動電子式隱形眼鏡,諸如睫狀肌訊號偵測及眨眼偵測,可給予讓各方法在該隱形眼鏡啟動發生前能夠與另一方法互校的能力。互校的優點可包括減少誤判為正,諸如最小化無意觸發鏡片啟動的機率。
在一例示性實施例中,該互校可涉及一投票方案(voting scheme),其中在任何動作發生前要符合特定數目的條件。致動器118可包含基於接收的指令訊號來實施特定動作之任何合適裝置。該致動器118可包含一電裝置、一機械裝置、一磁性裝置或任何上述者之組合。該致動器118接收一除了來自該電源116之電力外,尚會接收一來自該系統控制器114的訊號,並根據來自該系統控制器114的訊號產生某種動作。例如,若該系統控制器114訊號係指示配戴者試圖聚焦於一近物上,該致動器118即可用來以某種方式改變該電子眼用鏡片的屈光度。
圖2繪示根據本揭露之另一例示性實施例的眼用裝置200,其包含顯示位於眼睛或角膜112之前表面上的感測器系統。在此例示性實施例中,一感測器系統可包含一接觸件或多個接觸件202、一感測器電路204、一類比數位轉換器206、一數位訊號處理器208、一電源216、一致動器218、及一系統控制器214。睫狀肌110係位於眼睛前表面或角膜112後方。眼用裝置200係置於眼睛112之前表面上,以使可利用感測器之電子電路系統來實施本揭露之神經肌肉感測。此例示性系統之組件相似於圖1所繪示者並且執行如同圖1所繪示之功能,除了接觸件202及感測器電路204之外。換言之,因為使用直接接觸件202,不需要使用天線或放大器來放大與調節天線所接收之訊號。
在所說明之例示性實施例中,接觸件202可提供與淚液膜及眼睛表面的直接電連接。舉例而言,接觸件202可實施為曝露於眼用裝置200之後曲面上的金屬接觸件,並且可由生物相容導電材料製成,例如金或鈦。此外,隱形眼鏡聚合物可模製於接觸件202周 圍,此可增進在眼睛上的舒適性並透過眼用裝置200提供改善的傳導性。此外,接觸件202可提供眼睛表面112與眼用裝置200內之電子電路系統之間的一低電阻連接。四端點感測(亦已知為克耳文(Kelvin)感測)可用來減輕眼睛上的接觸電阻效應。感測器電路204可發射一具有數個成分頻率或一頻率掃瞄的訊號,同時測量跨接觸件202之電壓/電流。
在一替代例示性實施例中,感測器電路204可經組態以感測由睫狀肌110之收縮或放鬆而產生的振動。重要的是請留意,鑒於眼睛包含各種液體,包括為極佳導體的淚液,因此可使用各種感測器。感測器電路204可經組態以測量振動,其中該振動可基於睫狀肌嘗試要做的動作(如收縮或放鬆)而變化。在此例示性實施例中,類比數位轉換器206與數位訊號處理208可針對一接觸式感測器(相對於一非接觸式感測器)而有不同配置,如圖1中所述。例如,可能有不同之取樣率、不同之解析度與不同之訊號處理演算法208。
圖3繪示一展示可測量電參數與眼睛焦距間之相關性的變化圖,如引用文獻中所述。跡線302為眼睛中或上之一可電測量訊號的表示。例如,此類訊號可經偵測為阻抗、電壓電位、感應電磁場與其他可測量參數(例如位移)的一或多者。跡線304係所欲之焦距的表示,其中例如若臨床對象聚焦於0.2與2.0公尺距離處的物體,則睫狀肌可取決於焦距而在可測量之電參數及據此在位移特性上進行對應之改變。然而,使用相同實例,水晶體之實際焦距可能不會改變或僅有微小改變,諸如在一個人可能患有老花眼而眼睛水晶體太過僵硬且無法針對焦點變化作調節的情況中,即使其中睫狀肌正對此變化作出反應。
如文獻中所述,在可測量電訊號與焦距間會有一相關性。如圖3中所繪示,當焦距為遠308時阻抗為高306,而當焦距為近312時阻抗為低310。此外,如文獻中所述但未繪示於圖3中者,針對中間值方面,跡線302與304之振幅間存在一相關性。此外,位移特徵可係關聯(例如相關)於睫狀肌之具體狀態及/或在此狀態之間的轉換,其亦可關聯於阻抗及/或此阻抗之變化。
在一些例示性實施例中,電訊號(例如跡線302、304)之特性,諸如形狀、頻率內容、時序、及振幅皆可因為數種因素而有變化,包括所利用之偵測方法(例如,振動、阻抗或場強度)、個體眼睛生理、睫狀肌疲勞、眼睛中之電解質位準、老花眼狀態、干擾、及焦距的一或多者。例如,取決於所用之偵測方法種類,所欲焦點與可測量電參數間之相關性可能具有與圖3中所繪示者相反的極性。
此外,例如,一訊號可能因為帶有來自其他肌肉之顯著雜訊、干擾與來自各種環境來源之干擾,或者由於老化、疾病或基因之效應而受扭曲。因此,眼睛反應與個別使用者測量及訓練可用來程式化該數位訊號電路系統,以正確偵測眼睛的所欲焦距。該數位訊號處理之參數可因應其他的測量值而加以調整,例如當日時間、測得之電解質含量、環境光量與類似者。再者,所記錄之使用者眼睛聚焦訊號樣本可搭配干擾偵測與減輕技術來使用。重要的是請留意,可根據本揭露利用任何類型的感測器。只要有與變化中狀況相關聯的肌肉運動,即可加以感測、處理並且將其用來增強、擴大或單純提供視力矯正。
現請參照圖4,所繪示者為根據本揭露之包含一感測器之可戴式電子眼用裝置之平面圖。眼用裝置400包含光學區402與周邊區404。光學區402可作用以提供視力矯正、視力增強、其他視力相關功能性、機械支撐、或甚至空隙以准許清晰視力之一或多者。根據本揭露,光學區402可包含可變光學元件,該可變光學元件經組態以基於感測自睫狀肌的訊號提供近距與遠距範圍的增強視力。該可變光學件可包含任何用於改變該鏡片之焦距或該鏡片之屈光度的合適裝置,其改變係基於來自本說明書中所述之感測系統的啟動訊號。例如,該可變光學元件可係如併入該鏡片之一片光學級塑膠般單純,其具有能夠使其球面曲率改變的能力。周邊區404包含電氣電路406、電源408、電互連件410、機械支撐、以及其他功能性元件之一或多者。
電氣電路406可包含一或多個積體電路晶粒、印刷電子電路、電互連件、及/或任何其他合適裝置,包括本文中所述之感測 電路系統。電源408可包含電池、能量擷取、及或任何其他合適能量儲存或產生裝置之一或多者。對所屬技術領域中具有通常知識者顯而易見的是,圖4僅代表一電子眼用鏡片的一例示性實施例,且超出所繪示者之其他幾何配置可用來最佳化面積、體積、功能性、運轉時間、儲存壽命、以及其他設計參數。重要的是請注意,在有任何種類之可變光學器件的情況下,其故障保險為遠距視力。例如,若電力喪失或若電子器件故障,配戴者保有允許用於遠距視力的光學件。
圖5A及圖5B繪示替代的例示性偵測系統500,其併入眼用裝置502(諸如隱形眼鏡)。圖5A顯示裝置502上的系統500,而圖5B顯示系統500的例示性示意圖。在此例示性實施例中,振動感測器504可用以感測在眼用裝置502的使用者之眼睛處及/或相鄰該眼睛的位移。作為一實例,振動感測器504可經組態以偵測可受使用者的睫狀肌之組態影響的位移。一或多個振動感測器504可經組態為線性感測器600(圖6)、鏈段感測器700(圖7)、及/或整合感測器800(圖8),其經組態以整合感測器面積上方的回應。在圖6至圖8中繪示的多種組態中,感測器600、700、800可經組態以感測至少部分歸因於睫狀肌之組態的振動。
回到圖5A及圖5B,感測器調節器506建立指示與感測器調節器506之各別的一或多者通訊之一或多個感測器504之一測量之輸出訊號。例如,該等感測器調節器可將自各別感測器504接收的訊號放大及或濾波。感測器調節器506的輸出可與一多工器508結合以減少下游電路系統。
在某些實施例中,下游電路系統可包括系統控制器510,該系統控制器可包含類比數位轉換器(ADC),該類比數位轉換器可使用以將連續的類比訊號轉換成適合用於進一步訊號處理之經取樣的數位訊號。例如,該ADC可將類比訊號轉換成後續或下游電路(諸如,數位訊號處理系統或微處理器,其可係系統控制器510電路的一部份)可使用之數位訊號。數位訊號處理系統或數位訊號處理器可用於數位訊號處理,包括濾波、處理、偵測、及以其他方式操縱/處理經取樣資料之一或多者。該數位訊號處理器可以各種位移特徵來預 程式化。作為一實例,振動(例如位移)測量或特徵之資料儲存可經映射至睫狀肌之具體組態及/或關於眼睛的其他條件。如此,當偵測到匹配或接近具體特徵的振動測量時,可外推出相關聯的睫狀肌特性或組態。雖然參照該睫狀肌組態,但可外推出關於眼睛的其他條件(諸如注視及/或調節)。該數位訊號處理器亦包含相關聯的記憶體。該數位訊號處理器可利用類比電路系統、數位電路系統、軟體及/或較佳為其組合來實施。
系統控制器510經由多工器508接收來自感測器調節器506的輸入,例如,藉由依序啟動各感測器504並記錄該等值。接著可將測量到的值與預程式化的模式及歷史樣本比較以判定睫狀肌之組態或特性。接著可啟動致動器512中的功能,例如,使可變焦鏡片改變為更近的焦距。振動感測器504可以類似於先前參照示圖1至圖2及圖6至圖9所述及顯示的實體模式規劃,但可最佳化以偵測睫狀肌組態中的特性及/或變化。感測器504及/或整個電子系統可經封裝並與含鹽隱形眼鏡環境隔離。當眼用裝置502偏移或旋轉,感測器504的多種組態可促進最佳感測情況。
電源514供應電力給包含瞼位置感測器系統500的多種組件。電源514亦可被用以供應電力至該隱形眼鏡上其他裝置。電力可從電池、能量擷取器(energy harvester)、或如所屬技術領域中具有通常知識者已知之其他合適方式來供應。基本上,任何類型的電源514可用以提供可靠電力予該系統的所有其他組件。振動感測器陣列模式(經過類比至數位處理)可實現系統控制器510或系統控制器510的一部分之啟動。此外,系統控制器510可取決於來自多工器508的輸入來控制供電式隱形眼鏡的其他態樣,例如,經由致動器512來改變電子控制鏡片的焦距或屈光度。
在一例示性實施例中,電子器件和電子互連係製於隱形眼鏡的周邊區中而非在光學區中。根據一替代例示性實施例,重要的是請注意,電子器件的定位不必僅限於隱形眼鏡的周邊區。本文所述的所有電子組件均可利用薄膜技術及/或透明材料加工製成。如果利用這些技術,則該等電子組件可置於任何適合的位置,只要它們與光 學元件相容即可。該數位訊號處理區塊與該系統控制器(圖5B中之系統控制器510)之活動取決於可得之感測器輸入、環境及使用者反應。該等輸入、反應、及決策臨限可由眼科研究、預程式化、訓練、及適應性/學習演算法的一或多者來判定。例如,睫狀肌組態之一般特性可能在文獻中已詳細記載,可應用於廣泛的使用者群體、並且可預程式化至系統控制器中。然而,個體對於一般預期回應之偏差可記錄於訓練期間或於適應性/學習演算法的一部分,其可持續微調電子眼用裝置操作的回應。在一例示性實施例中,當使用者需要近焦距時,可藉由啟動與該裝置通訊之一手持式錶鏈或使用者裝置(諸如智慧型手機)來訓練該裝置。該裝置中之一學習演算法可接著參考記憶體中在該錶鏈訊號之前或之後的感測器輸入,以微調內部決策演算法。此訓練期間可持續一天,之後該裝置可僅由感測器輸入自主操作而不需錶鏈。
圖9係根據本揭露之例示性電子插件的圖示,該例示性電子插件包括定位在供電式或電子式眼用裝置中的經結合眨眼偵測及通訊系統。如所示者,隱形眼鏡900包含軟性塑膠部分902,該軟性塑膠部分包含電子插件904。此插件904包含鏡片906,該鏡片係由電子元件啟動,例如(取決於啟動)聚焦近處或遠處。積體電路908安裝於插件904上並連接至電池910、鏡片906、及其他該系統必須的組件。積體電路908包括感測器912及相關聯的訊號路徑電路。感測器912可包含任何感測器組態,諸如彼等在本文中所描述者。感測器912亦可實施作為分離裝置,該分離裝置係安裝在插件904上並與佈線跡線914連接。
圖10與圖11繪示個體之兩個眼睛1200的不同視圖,該個體正注視遠物,此需要遠焦距(例如,駕駛車輛)而非近焦距(例如閱讀書籍)。圖10繪示眼睛1200之前視圖,而圖11繪示眼睛1200之上視圖。在注視一遠物時(未繪出),兩個瞳孔1202係位於中央並一起追蹤。位於瞳孔1202與受觀察物體之間的線條1201係為平行,如兩個皆為九十(90)度之角度1204所示。此是由於任何人之兩眼1200間的距離遠小於兩眼1200至受觀察物體間之距離。當一個人追 蹤一遠物之移動時,雖然兩眼1200會移動,但角度1204仍會非常接近九十(90)度,此亦由於兩眼1200間之距離遠小於兩眼1200至受觀察物體間之距離。在此運動期間,控制眼睛的肌肉可收縮及放鬆,從而產生振動。額外地或替代地,隨著眼睛注視改變,眼睛的調節可由睫狀肌之收縮及/或放鬆而控制,從而產生振動。即使在肌肉收縮動作之後,殘餘振動或抖動(quiver)可係可偵測的。如此,在已知注視及調節之此等振動的測量可之後用以將未知特徵與已知的該組數值比較及匹配。此外,靜態眼睛狀態或在狀態之間的轉換之振動特徵可經獲知及施加至後續測量以外推關於眼睛之特性。
圖12及圖13繪示實質上相似於圖10及圖11中所說明者的一對眼睛1300,除了在此實例中受觀察物體(未繪示)係靠近或接近的,而非遠的。因為現在兩眼1300間之距離相對於兩眼1300至受觀察物體之距離係為可測量的,兩眼1300會聚以使受觀察物體保持在視界內。如所誇飾繪示者,兩個瞳孔1302會會聚並移動而使彼此更靠近。在瞳孔與受觀察物體間所拉出的線條1301不再平行,並且角度1304會小於九十(90)度。此現象可以透過下列方式輕易觀察到,即讓一對象先聚焦於其位於約兩(2)英呎距離處之手指,即讓其手臂完全伸展。隨著該對象讓其手指越來越近,其兩眼將朝向其鼻部會聚,從而變為「斜視眼」。如在圖10至圖11中討論之注視及調節狀態,在圖12至圖13中觀察到的狀態可相關於振動/位移特徵且可用以外推自位移測量之後續特性。額外的注視及調節狀態可與位移特徵(諸如彼等在圖14至圖18中繪示者)相關。
圖14繪示一系統,參照圖10至圖13描述之會聚可藉由該系統來感測並在一對隱形眼鏡1400之間通訊。兩個瞳孔1402係繪示為已會聚以觀看近物。結合於隱形眼鏡1400(位於眼睛1406上)內之瞳孔位置及會聚偵測系統1404會追蹤瞳孔1402位置及/或隱形眼鏡1400位置,例如使用面向後方之光偵測器來觀測瞳孔1402,或者使用加速計來追蹤眼睛1406(從而瞳孔1402)之移動。該瞳孔位置及會聚偵測器系統1404可包含數種組件,從而形成更複雜之系統,例如一3軸加速計、訊號調節電路系統、一控制器、記憶體、電力供 應器及一收發器,如後文所詳細說明者。兩個隱形眼鏡1400間之通訊通道1401會讓該瞳孔位置及會聚偵測系統1404在瞳孔位置上能夠同步。亦可用外部裝置來進行通訊,例如外戴式眼鏡或智慧型手機。兩個隱形眼鏡1400間之通訊對於偵測會聚相當重要。例如,如果無法同時得知兩個瞳孔1402的位置,即可能將右眼單純向左邊注視偵測為會聚,因為對於這兩種動作而言,瞳孔1402具有類似的移動。然而,如果偵測到右瞳孔向下向左移動,同時偵測到左眼瞳孔向下向右移動,即可將此解讀為會聚。如果眼睛朝預期的會聚方向移動,兩個隱形眼鏡1400間之通訊可採用絕對或相對位置的形式,或者單純只是一「懷疑會聚」訊號。在此情況中,如果一給定之隱形眼鏡偵測到會聚本身並且自相鄰隱形眼鏡接收到一會聚指示,其可能分階段啟動一改變,例如將配備有一可變焦距或可變焦度光學件之隱形眼鏡切換為近距離狀態以支援閱讀。其他可用於判定要調節(聚焦於近處)之意圖的資訊(例如振動與睫狀肌活動)亦可在通訊通道1401上傳送(若隱形眼鏡係如此配備)。亦應理解的是,經過通道1401之通訊可包含藉由用於多種用途(包括視力校正、視力增強、娛樂、及新穎)之各鏡片1406及15所感測、偵測或判定之其他訊號。
根據一個例示性實施例,一數位通訊系統包含多個元件,這些元件在實施時可採用許多形式。該數位通訊系統通常包含一資訊來源、一來源編碼器、一通道編碼器、一數位調變器、一通道、一數位解調器、一通道解碼器及一來源解碼器。該資訊來源可包含任何產生另一裝置或系統所需之資訊及/或資料的裝置。該來源可為類比或數位。如果該來源為類比,其輸出係轉換為一包含一二進制串之數位訊號。該來源編碼器實施一將來自該來源之訊號有效率轉換為一二進制數位之序列的程序。來自該來源編碼器之資訊接著傳遞至一通道編碼器中,在該編碼器中會將冗餘導入該二進制資訊序列。此冗餘可用在該接收器以解決在該通道上所遭遇之雜訊、干擾與類似者的效應。該二進制序列接著傳遞至一數位調變器,該數位調變器依次將該序列轉換為類比電訊號以經過該通道傳送。基本上,該數位調變器會將該二進制序列對映為訊號波形或符號。各符號可代表一或多個位元之值。 該數位調變器可調變一高頻載波訊號之相位、頻率或振幅,使其適用於經過或透過該通道傳送。該通道為該些波形行經之媒介,並且該通道可能引進該些波形之干擾或其他訛誤(corruption)。在無線通訊系統的情況中,該通道為大氣。該數位解調器會接收經該通道訛誤之波形、處理該波形並將該波形降轉為一數字序列,此數字序列儘可能幾乎代表所傳送之資料符號。該通道解碼器會藉由該通道編碼器所用之代碼知識來重新建構該原始資訊序列,以及所接收資料中之冗餘。該來源解碼器會藉由自該編碼演算法之知識來解碼該序列,其中該來源解碼器之輸出係代表該來源資訊訊號。重要的是請注意,上述元件可在硬體中、在軟體中或在硬體與軟體之組合中實現。此外,該通訊通道可包含任何通道類型,包括有線及無線。在無線類型的情況中,該通道可配置用於高頻電磁訊號、低頻電磁訊號、可見光訊號及紅外光訊號。
圖15A及圖15B為例示性瞳孔位置及會聚偵測系統1500之圖示,該系統係用於控制供電式眼用鏡片之一或多個態樣。感測器1502會偵測瞳孔(或更一般而言即眼睛)之移動及/或位置。感測器1502可實施為位於隱形眼鏡1501上之多軸加速計。此感測器1502可結合本文中描述之振動感測器使用。由於該隱形眼鏡1501係附著於眼睛上並通常會隨眼睛移動,該隱形眼鏡1501上之加速計可追蹤眼睛的移動。該感測器1502亦可實施為一面向後方之攝影機或感測器,其會偵測影像、圖案或對比之變化以追蹤眼睛的移動。或者,該感測器1502可包含神經肌肉感應器以偵測神經及/或肌肉活動,此活動會移動在眼窩中之眼睛。有六條肌肉接附至各眼球,其提供各眼睛有一完整移動範圍,並且各條肌肉具有自有的獨特動作或多種動作。這六條肌肉係由三對腦神經之其中一者所支配。重要的是請注意,任何合適裝置可用作感測器1502,且可使用超過一個單一感測器1502。感測器1502之輸出係由訊號處理器1504所獲取、取樣、及調節。訊號處理器1504可包括任何數量的裝置,包括一放大器、一轉阻放大器、一類比數位轉換器、一濾波器、一數位訊號處理器、及相關電路系統,以接收來自感測器1502之資料並產生合適格式之輸出以用於系統1500之組件其餘部分。該數位訊號處理器1504可利用類比電路 系統、數位電路系統、軟體及/或較佳為上述者組合來實施。應理解的是,該訊號處理器1504係使用相關技術領域中習知的方法與該感測器1502共同設計,例如用於蒐集及調節一加速計之電路系統係不同於用於一肌肉活動感測器或光學瞳孔追蹤器之電路系統。訊號處理器1504之輸出優選為一經取樣之數位串流,並且可包括絕對或相對位置、移動、偵測到與會聚一致之注視或其他資料。系統控制器1506會接收來自該訊號處理器1504之輸入,並且使用此資訊搭配其他輸入來控制該電子隱形眼鏡1501。例如,該系統控制器1506可輸出一訊號至一致動器1508,該致動器會控制該隱形眼鏡1501中之一可變焦度光學件。如果該隱形眼鏡1501例如目前處於一遠焦狀態並且該感測器1502偵測到會聚,則該系統控制器1506可命令該致動器1508來改變為一近焦狀態。系統控制器1506可同時觸發感測器1502與訊號處理器1504之活動,同時接收來自彼等的輸出。一收發器1510會透過天線1502接收及/或傳送通訊。此通訊可來自一相鄰隱形眼鏡、鏡框型眼鏡或其他裝置。該收發器1510可配置用於與該系統控制器1506進行雙向通訊。收發器1510可含有收發器中常見之濾波、放大、偵測及處理電路系統。收發器1510之具體細節係經定製以用於一電子或供電式隱形眼鏡,例如該通訊可以合適的頻率、振幅、及格式進行以在兩眼間進行可靠之通訊、具有低電力消耗、及符合法規要求。收發器1510與天線1512可在射頻(RF)頻帶中作業,例如2.4GHz,或者可使用光以進行通訊。接收自收發器1510之資訊係輸入至該系統控制器1506,例如來自一相鄰鏡片且指示會聚或發散(divergence)之資訊。系統控制器1506使用來自該訊號處理器1504及/或收發器1510之輸入資料來判定是否需要改變系統狀態。該系統控制器1506亦可傳送資料至該收發器1510,該收發器接著透過天線1512傳送資料經過該通結連結。系統控制器1506可實施為狀態機,該狀態機係位於現場可程式化閘陣列(field-programmable gate array)上、位於微控制器中、或位於任何其他合適裝置中。用於系統1500及本文中所述之組件的電力係由電源1514提供,該電源可包括電池、能源擷取器或如所屬技術領域中具有通常知識者所知的類似裝置。電源1514亦可用 來供應電力至隱形眼鏡1501上之其他裝置。本揭露的該例示性瞳孔位置及會聚偵測系統1500係經結合及/或以其他方式封裝,並與含鹽隱形眼鏡1501環境隔離。
圖16說明會聚1600與焦距狀態1602、1604及1606間之一例示性、簡化相關性,如眼科文獻中所常見記載者。當處於遠焦狀態1602與1606中時,如關於圖12A與12B中所述者,會聚程度為低。當處於近焦狀態1604中時,如關於圖13A與13B中所述者,會聚程度為高。臨限1608可在該系統控制器(圖15之元件1506)中設定以改變該電子眼用鏡片之狀態,例如,當正向超過該臨限時以增加焦度聚焦可變光學件,接著當負向超過該臨限時不增加焦度聚焦該可變光學件。
圖17A及圖17B繪示實質上相似於圖12A及圖12B中所說明者25的一對眼睛1701,除了在此範例中受觀察物體(未繪示)係在使用者右方。圖17A繪示眼睛1701之前視圖,而圖17B繪示眼睛1701之上視圖。右方位置係用於說明目的,但應理解的是受觀察物體可在三維空間中的任何可見之點,而眼睛注視有相應變化。如所誇飾繪示者,兩個瞳孔1703皆面朝向右方。在兩個瞳孔1703與受觀察物體間拉出的線條1705幾乎為平行,因為該物體係繪示為其距兩眼1701之距離遠大於兩眼1701間之距離。角度1707係小於九十(90)度,而角度1709係大於九十(90)度。這些角度係與先前圖式形成對比,在先前圖示中當向前直視一遠物時這些角度皆為九十(90)度,而當向前直視一近物時這些角度皆小於九十度。如以二維方式所繪示者,此角度可用來決定注視位置,或者更一般而言,眼睛移動的樣本可用來決定眼睛注視的絕對及相對位置與移動。
圖18說明與各種注視方向相關聯的幾何系統。圖18為一上視圖。眼睛1801及1803係顯示為注視標示著A、B、C、D、及E之多個目標。一線段將各眼睛1801及1803連接至各15目標。一三角形係由兩條將眼睛1801及1803連接至一給定目標之線條加上一條連接兩眼1801及1803之線條所形成。如圖中可見者,各眼睛1801及1803之注視方向與兩眼1801及1803間之線間的角度會隨各目標而變化。這 些角度可由該感測器系統測量、從非直接感測器的量測來判定,或者可僅為說明目的而顯示。雖然為簡明起見圖中係以二維空間方式顯示,應明白,注視發生在具有對應加入一額外軸的三維空間中。目標A及B係顯示為相對接近眼睛1801及1803,例如用近焦調節來閱讀。目標A係在兩眼1801及1803的右方,因而兩眼1801及1803朝向右方。測量介於水平軸(繪示為與連接兩個眼睛1801及1803的線共線)與注視方向之間以逆時針所形成之角,對於目標A而言兩個角度皆係銳角。現請參照目標B,眼睛1801及1803係會聚在一位於兩眼1801及1803前方及之間的目標。因此,角度(先前定義為以逆時針自水平軸與注視之方向)針對右眼1803係鈍角,而針對左眼1801係銳角。一合適之感測器系統將會辨別出目標A與B間之位置差異,並且針對相關應用具有適當準確度。目標C作為特殊案例而顯示為其位於中等距離,在此案例中右眼1803具有如同目標B之注視方向及角度。注視方向會隨目標B與C之間變化,從而讓一注視方向決定系統可使用來自兩眼1801及1803之輸入來決定注視方向。再者,所繪示者為另一目標F在三維空間中位於目標B上方的一個案例。在此一實例中,投影於
圖18中所示的二維圖示者,自水平軸之角度會與針對目標B所繪示者相同。然而,該等目標之間在三維空間中延伸而法向於頁面之角度不會相等。最後,目標D及E係顯示為遠物。這些範例說明,隨著受注視物體遠離,兩眼1801及1803與遠處點間之角度差異會越來越小。用於偵測注視方向之合適系統會具有足夠之準確度以15辨別微小遠物間之差異。
可藉由許多合適裝置來測定注視方向,例如用面向後方光偵測器來觀測瞳孔或用加速計來追蹤眼睛的移動。亦可使用神經肌肉感測器。此等感測器可結合振動感測器使用以產生位移特徵。藉由監測控制眼睛的六條肌肉,即可以測定準確的注視方向。除了考量目前及過去感測器輸入之位置計算系統外,尚可能需要一用來儲存前位置與/或加速之記憶體元件。此外,圖15A及圖15B中所繪示之系統同樣適用於本揭露之注視及追蹤系統。
該系統較佳係經程式化以將三維空間中之注視幾何納入考量。驗光技術領域中已為習知的是,眼睛在注視一靜物時不會保持完全不變。反之,眼睛會快速前後移動。一用於偵測注視位置之合適系統會包括必要的濾波及/或補償功能以將視覺生理納入考量。例如,此一系統可包括一低通濾波器或一針對使用者之自然眼睛行為調校的演算法。
在一例示性實施例中,電子器件和電子互連係製於隱形眼鏡的周邊區中而非在光學區中。根據一替代例示性實施例,重要的是請注意,電子器件的定位不必僅限於隱形眼鏡的周邊區。本文所述的所有電子組件均可利用薄膜技術及/或透明材料加工製成。如果利用這些技術,則該等電子組件可置於任何適合的位置,只要它們與光學元件相容即可。
該獲取取樣訊號處理方塊及系統控制器(分別為圖15B中之1504及1506)之活動取決於可用的感測器輸入、環境、及使用者反應。該等輸入、反應、及決策臨限可由眼科研究、預程式化、訓練、及適應性/學習演算法的一或多者來判定。例如,眼睛移動在文獻中已有充份記載,可適用於廣泛的使用者族群並且可預程式化至系統控制器中。然而,個體對於一般預期回應之偏差可記錄於訓練期間或於適應性/學習演算法的一部分,其可持續微調電子眼用裝置操作的回應。在一例示性實施例中,當使用者要求近焦距時,可藉由啟動一與該裝置通訊之手持式錶鏈來訓練該裝置。該裝置中之一學習演算法可接著參考記憶體中在該錶鏈訊號之前或之後的感測器輸入,以微調內部決策演算法。此訓練期間可持續一天,之後該裝置可僅由感測器輸入自主操作而不需錶鏈。一人工水晶體或IOL係一植入眼睛並取代晶狀體的鏡片。其可用於有白內障的個人或僅治療各種屈光不正。一IOL一般包含一具有稱為觸覺介面(hepatics)之塑膠側支柱的小塑膠鏡片,以將該鏡片維持在眼睛囊袋內的位置。本文所述之任何電子元件及/或組件可以類似隱形眼鏡的方式合併於IOL中。
儘管所顯示與所描繪者是被認為最實用且最佳的實施例,但對所屬技術領域中具有通常知識者來說,仍可輕易思及偏離所 描述及所顯示的特定設計與方法,且可加以運用而不脫離本揭露的精神與範疇。本揭露並不限於所敘述及繪示的具體構造,而是應建構為符合可落在所附申請專利範圍之範疇內的所有修改形式。
Claims (35)
- 一種眼用裝置,其包含:一眼用鏡片,其具有一光學區及一周邊區;一可變光學元件,其合併至該眼用鏡片之該光學區中,該可變光學元件經組態以改變該眼用鏡片之一屈光度;及一振動感測器,其經設置在該眼用鏡片之該周邊區中,該振動感測器經組態以偵測至少部分由與該調節過程相關聯之睫狀肌運動造成之一振動,該振動感測器進一步經組態以提供一輸出,其中該可變光學元件經組態以至少基於該輸出而受控制。
- 如請求項1所述之眼用裝置,其中該眼用鏡片包含一隱形眼鏡。
- 如請求項2所述之眼用裝置,其中該隱形眼鏡包含一軟式或混合式隱形眼鏡。
- 如請求項1所述之眼用裝置,其中該振動感測器包含一或多個接觸件,該一或多個接觸件經組態以與一眼睛之一淚液膜直接接觸以偵測由該睫狀肌產生之振動。
- 如請求項1所述之眼用裝置,其中該振動感測器包含一位移感測器。
- 如請求項1所述之眼用裝置,其進一步包含一電源,該電源與該振動感測器及該可變光學元件中之一或多者電氣連通。
- 如請求項6所述之眼用裝置,其中該電源包含一電池。
- 如請求項1所述之眼用裝置,其進一步包含一控制器,該控制器經組態以接收該振動感測器之該輸出及控制該可變光學元件以至少改變該眼用鏡片之該屈光度。
- 如請求項8所述之眼用裝置,其中該控制器進一步經組態以在該時域中自該振動感測器之該輸出之一非睫狀肌組分隔離一睫狀肌組分。
- 如請求項9所述之眼用裝置,其中非睫狀肌組分包含訊號雜訊。
- 如請求項8所述之眼用裝置,其中該控制器進一步經組態以在該頻域中自該振動感測器之該輸出之一非睫狀肌組分隔離一睫狀肌組分。
- 如請求項11所述之眼用裝置,其中非睫狀肌組分包含訊號雜訊。
- 如請求項1所述之眼用裝置,其進一步包含一放大器,該放大器與該振動感測器操作性地相關聯。
- 如請求項1所述之眼用裝置,其進一步包含一類比數位轉換器,該類比數位轉換器與該振動感測器操作性地相關聯。
- 一種用於一眼用裝置之感測器系統,該感測器系統包含:一振動感測器,其經設置成相鄰一使用者之一眼睛,該振動感測器經組態以偵測至少部分由睫狀肌運動造成之一振動,該振動感測器進一步經組態以提供一輸出;及一處理器,其經組態以接收該輸出及判定指示該睫狀肌運動之該輸出之一特性。
- 如請求項15所述之感測器系統,其進一步包含一電源,該電源與該振動感測器及該處理器中之一或多者電氣連通。
- 如請求項16所述之感測器系統,其中該電源包含一電池。
- 如請求項15所述之感測器系統,其中該特性包含一位移。
- 如請求項15所述之感測器系統,其中該處理器進一步經組態以在該時域中自該特性之一非睫狀肌組分隔離一睫狀肌組分。
- 如請求項19所述之感測器系統,其中非睫狀肌組分包含訊號雜訊。
- 如請求項15所述之感測器系統,其中該處理器進一步經組態以在該頻域中自該特性之一非睫狀肌組分隔離一睫狀肌組分。
- 如請求項21所述之感測器系統,其中非睫狀肌組分包含訊號雜訊。
- 如請求項15所述之感測器系統,其中該特性包含一位移特徵(displacement signature)。
- 如請求項23所述之感測器系統,其中該位移特徵指示一眼睛注視、眼睛會聚、調節或其組合。
- 如請求項15所述之感測器系統,其進一步包含一放大器及一類比數位轉換器,該放大器及該類比數位轉換器與該振動感測器操作性地相關聯。
- 如請求項15所述之感測器系統,其進一步包含一致動器,其與該處理器操作性地相關聯,其中該致動器經組態以至少基於經判定之該特性而受控制。
- 如請求項15所述之感測器系統,其中該振動感測器包含一接觸式感測器,該接觸式感測器具有一或多個接觸件,該一或多個接觸件經組態以與該眼睛之一淚液膜直接接觸以偵測至少由該睫狀肌產生之振動。
- 一種用於判定一眼用裝置之一使用者之該睫狀肌的一特性之方法,該方法包含:經由經設置成相鄰該使用者之一眼睛之一振動感測器,接收指示至少部分由該睫狀肌之該特性的一變化造成之一振動的一振動訊號;至少基於該振動訊號判定指示該睫狀肌之該特性的一位移特徵;及經由一控制,實施與該眼用裝置相關聯之一預定功能。
- 如請求項28所述之方法,其中該特性包含該睫狀肌之一空間組態。
- 如請求項28所述之方法,其中該判定該位移特徵包含在該時域中自該特性之一非睫狀肌組分隔離一睫狀肌組分。
- 如請求項30所述之方法,其中非睫狀肌組分包含訊號雜訊。
- 如請求項28所述之方法,其中該判定該位移特徵包含在該頻域中自該特性之一非睫狀肌組分隔離一睫狀肌組分。
- 如請求項32所述之方法,其中非睫狀肌組分包含訊號雜訊。
- 如請求項28所述之方法,其中該判定該位移特徵包含比較該振動訊號與一組經產生的特徵及選擇該組經產生的特徵之至少一者作為該位移特徵。
- 如請求項28所述之方法,其中該位移特徵指示一眼睛注視、眼睛會聚、調節或其組合。
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