TWI581033B - 具眼瞼位置感測器之電子眼用鏡片 - Google Patents

Description

具眼瞼位置感測器之電子眼用鏡片

本發明關於一種供電或電子眼用鏡片，特別是一種具有一用於偵測眼瞼位置之感測器與相關的硬體及軟體之供電或電子眼用鏡片。

隨著電子裝置之微型化，要製造出用於各種不同用途的穿戴式或嵌入式的微電子裝置也越來越可能。相關的用途可包括監測體內各種化學態樣、藉由不同的機制包括自動、依據量測結果、或依據外部控制信號來施予受控劑量的藥物或治療試劑，以及增強器官或組織的功能。類似的產品包括如葡萄糖輸液泵、人工心律調節器、電擊器、心室輔助裝置以及神經刺激器等。而眼用穿戴式鏡片以及隱形眼鏡為其新穎且功效卓著的應用領域。例如，可將一具可電動調焦的鏡片組件與穿戴式鏡片結合以擴增或強化眼睛的功能。在另外一個實例中，隱形眼鏡可與電子感測器結合以檢測角膜淚液中的特定化學物質的濃度，不論該隱形眼鏡是否具有調整焦距能力。在鏡片組件中使用嵌入式電子元件將產生潛在需求以與該電子元件通訊、為該電子元 件供電及/或充電之方法、互相連接該些元件、內部以及外部信號感測及/或監控以及控制該些電子元件以及該鏡片的整體功能。

人類的眼睛可以分辨數百萬種顏色、輕易適應變動光線的條件、以超過高速網路傳輸的速度將信號或資訊傳送至大腦。目前如隱形眼鏡以及人工水晶體等鏡片被用來矯正諸如近視、遠視、老花眼及散光等視力缺陷。然而，可利用結合額外元件且經過適當設計的鏡片來增強視力以及矯正視力缺陷。

隱形眼鏡可被用來矯正近視、遠視、散光以及其他視力缺陷。隱形眼鏡亦可被用來增強配戴者眼睛的自然外貌。隱形眼鏡簡單地來說就是放置於眼睛前表面的鏡片。隱形眼鏡被視為醫療用品，可配戴作為矯正視力和/或打扮裝飾或其他治療用。從1950年代起，隱形眼鏡已商品化應用，用來改善視力。早期的隱形眼鏡係由硬質材料構成或製成，相對昂貴且脆弱。此外，這些早期隱形眼鏡製作上使用的材料，並不能讓足夠的氧氣穿透隱形眼鏡而抵達結膜和角膜，可能會導致一些不良的臨床效果。雖然這些隱形眼鏡仍在使用，但是其剛開始的舒適性較差，因此並不適合所有患者。在該領域稍後發展中，產生出以水凝膠為基底的軟性隱形眼鏡，為現今非常流行且廣泛使用者。具體而言，現今可用的聚矽氧水凝膠隱形眼鏡，結合具有非常高透氧性的聚矽氧優點和經證實的水凝膠舒適性及臨床表現。基本上，該些基於聚矽氧水凝膠的隱形眼鏡與早期硬質材料製成的隱形眼鏡相較，具有較高的透氧性且一般配戴起來較為舒適。

傳統隱形眼鏡為具有特定形狀以矯正如前所述的各種視力缺陷的聚合物材料結構。為實現增強功能性，必須將各種電路和元件整合至該些聚合物材料結構。例如，可藉由客製化的光電元件來將例如控制電路、微處理器、通訊裝置、電源供應器、感測器、致動器、發光二極體以及微型天線整合至隱形眼鏡中，如此不僅可矯正視力也可以增強視力以及提供本文所述的額外功能。可將電子式及/或電驅動的隱形眼鏡設計為藉由放大以及縮小的功能或單純調整鏡片的折射能力來增強視力。可將電子式及/或電驅動的隱形眼鏡設計為強化顏色以及解析度、展示結構資訊、即時將演講翻譯成字幕、提供來自導航系統的視覺提示以及提供影像處理與網路連線。該些鏡片可設計為能讓使用者在低光度的環境下看見事物。鏡片上適當設計的電子元件及/或電子元件的配置可將影像投射至視網膜上，例如在沒有可變焦光學鏡片的狀況下提供新穎圖像顯示且甚至提供喚醒警示。或者，除了這些功能或與其相似的功能外，該隱形眼鏡可結合用於使用者之生物標記及健康指標的非侵入式監控的組件。例如，內建於鏡片的感測器可讓糖尿病患者不需要抽血，而以分析淚液膜的成分來監控血糖值。此外，適當配置的鏡片可結合監控膽固醇、鈉與鉀濃度以及其他生物性指標的感測器。再耦合至無線資料傳輸器，這樣即能讓醫生幾乎可立即得到的病患血液化學資訊，而不需要讓病患花時間至實驗室抽血檢驗。此外，可利用內建於鏡片的感測器來偵測入射至眼中的光線以補償環境光照狀況或用於測定眨眼模式。

該些裝置的適當結合可產生潛力無窮的功能；然而，要結合這些額外的元件到一片光學級之聚合物上有許多的困難。一般而言，許多原因使得直接在鏡片上製造這些元件以及在非平面表面上安裝和互連平面裝置有難度。要依照比例製造也很困難。需要將放置在鏡片上或鏡片中的元件微型化且整合至僅1.5平方公分的透明聚合物上，同時還要保護這些元件不受眼睛中的液體環境所影響。在這些附加的元件增加厚度的狀況下，要讓隱形眼鏡使用者感到舒適和安全也很困難。

因為眼用裝置(如隱形眼鏡)在面積與體積上的限制以及其所被使用的環境，要物理實現這樣的裝置必須克服許多問題，包括在非平面表面上安裝與互連數個電子元件，其中該非平面表面之主體為光學塑料。因此，有需要提供機械性及電子性堅固的電子隱形眼鏡。

因為這些都是供電鏡片，有鑑於眼科鏡片規模的電池技術，運作這些電子設備的該能源或更具體的電流消耗令人憂慮。除了一般的電流消耗之外，此性質的供電裝置或系統一般需要待機電流儲備、精確電壓控制與確保在操作參數可能寬廣的範圍下操作的切換能力以及突發消耗，例如可能保持閒置多年後一次充電後使用至多18小時。因此，需要有一種低價、長期可靠的服務、安全及大小最佳化而能提供所需電力的系統。

此外，因為與供電鏡片相關的功能之複雜性以及包含供電鏡片的所有組件之間的高度相互作用，需要協調及控制包含供電眼 用鏡片的電子與光學設備的整體操作。因此，需要有一安全、低價、可靠、具有低耗電速率且可縮放以併入眼用鏡片之系統來控制所有其他組件。

供電或電子眼用鏡片可能必須考慮個人使用該供電或電子眼用鏡片之特定、獨特的生理功能。更具體地，供電鏡片可能需要考慮眨眼，包括給定期間內的眨眼次數、一次眨眼的持續時間、眨眼間的時間與任何種可能的眨眼模式，例如，如果該個人打瞌睡。眨眼偵測亦可被用於提供特定功能，例如，眨眼可被用作一種控制供電眼用鏡片一個或多個態樣的方式。另外，當確定眨眼時必須考慮外部因素，例如光強度程度的改變以及人的眼瞼阻擋的可見光的量。例如，若一室內照度值在54與161勒克司之間，光感測器應夠靈敏以偵測當人眨眼時光強度的改變。

環境光感測器或光感測器被用於多種系統與產品，例如，在電視上以根據室內光調整亮度、在燈上以在昏暗時開啟以及在電話上以調整螢幕亮度。然而，這些目前使用的感測器不夠小及/或耗電不夠低以併入隱形眼鏡中。

同樣重要的是要注意不同類型的眨眼偵測器可利用指向一使用者眼睛的電腦視覺系統而被實施，例如，數位化至一電腦的相機。電腦上運行的軟體可辨識視覺模式如眼睛的開與閉。該些系統可被用於診斷目的或研究之眼用臨床設定。與上述偵測器及系統不同的是，該些系統是為了眼外使用且為看向眼睛而非由眼睛看出。雖然該些系統未小到足以併入隱形眼鏡，所使用的軟體可與配合供電隱形 眼鏡運作的軟體相似。任一系統可結合由輸入學習並因而調整其輸出的人工神經網路的軟體實施。或者，結合統計學、其他可適性演算法及/或訊號處理之非基於生物的軟體實施可被用於創造智慧系統。

因此，需要有一種根據感測器所偵測的眨眼序列的類型來偵測特定生理功能(如眨眼)及使用該些功能啟動及/或控制一電子或供電眼用鏡片的方式或方法。被使用的感測器已被製成合適大小並配置以用於隱形眼鏡。此外，需要偵測使用者眼瞼的位置。使用者需要聚焦近處的一種指標為上眼瞼降下，例如拿紙閱讀時。偵測此眼瞼位置的變化可用作一可變焦鏡片的輸入以矯正老花眼。眼瞼位置感測器亦可用以偵測使用者是否瞇眼，或許正試圖聚焦更遠處。眼瞼位置感測器可被用於偵測使用者快睡著了，例如以觸發一適當警示以讓使用者清醒。已有存在用於偵測眼瞼位置的系統；然而該些系統限於像是相機成像、圖像辨識及紅外線發射器/檢測器組，該些靠眼睛與眼瞼的反射。已存在之用來偵測眼瞼位置的系統亦需依靠眼鏡或臨床環境的使用且不易包含於隱形眼鏡中。

依據本發明之具有眼瞼位置感測器的電子眼用鏡片克服上述先前技術相關的限制。此眼瞼位置感測器可整合至一隱形眼鏡而不需要如現有面對眼睛的偵測系統的臨床環境或眼鏡。該眼瞼位置感測器具有適合的大小及電流消耗以用於隱形眼鏡中。其亦輸出隱形眼鏡應用所需的資訊，例如矯正老花眼或警示有睡意的使用者。

依據一態樣，本發明係針對供電眼用鏡片。該供電眼用鏡片包含一含有一光學區及一外圍區的隱形眼鏡，及一眼瞼位置感測器系統，併入該隱形眼鏡之該外圍區，該眼瞼位置感測器系統包含一感測器陣列，其具有複數個獨立感測器以偵測眼瞼位置；一系統控制器，配置以對感測器陣列中的各個獨立感測器取樣以偵測眼瞼位置並提供一輸出控制訊號；及至少一致動器，配置以接收該輸出控制訊號並執行一預定的功能。

依據另一態樣，本發明係針對供電眼用鏡片。該供電眼用鏡片包含一隱形眼鏡，及一眼瞼位置感測器系統，併入該隱形眼鏡，該眼瞼位置感測器系統包含一感測器陣列，其具有複數個獨立感測器以偵測眼瞼位置；一系統控制器，配置以對感測器陣列中的各個獨立感測器取樣以偵測眼瞼位置並提供一輸出控制訊號；及至少一致動器，配置以接收該輸出控制訊號並執行一預定的功能。

依據又一態樣，本發明係針對供電眼用鏡片。該供電眼用鏡片包含一人工水晶體，及一眼瞼位置感測器系統，併入該人工水晶體，該眼瞼位置感測器系統包含一感測器陣列，其具有複數個獨立感測器以偵測眼瞼位置；一系統控制器，配置以對感測器陣列中的各個獨立感測器取樣以偵測眼瞼位置並提供一輸出控制訊號；及至少一致動器，配置以接收該輸出控制訊號並執行一預定的功能。

本發明關於一可合併一眼瞼或瞼位置感測器之供電或電子眼用鏡片。眼瞼有多種方式來保護眼球係為已知，包含眨眼反射及眼淚散佈作用。眼瞼的眨眼反射藉由當眼睛感受威脅時快速閉上以 避免對眼球的創傷。眨眼亦散佈眼淚於眼球的表面上以保持眼球溼潤並沖走細菌及其他外來物。但眼瞼的移動亦可指示其他動作或功能在運作中。例如，當一個體聚焦於近物上，上眼瞼會降下。因此，此移動之偵測可被用於至具有可變焦光學的電子眼用鏡片之輸入以矯正關於老花眼的適應損失。或者，當一個體欲聚焦遠物時，他或她可能會瞇眼。瞇眼有關的該眼瞼動作可被用於至具有可變焦光學的電子眼用鏡片之輸入以聚焦或放大一遠物。此外，眼瞼位置感測器亦可被用於當他或她快睡著時警示配戴電子眼用鏡片的個人。

本發明更一般地說關於一包含一電子系統的供電隱形眼鏡，該電子系統執行任何數量的功能，包含在內含一可變焦光學儀器時致動該可變焦光學儀器。該電子系統包含一或多個電池或其他電源、電力管理電路、一或多個感測器、時鐘產生電路、控制演算法與電路以及鏡片驅動電路。

供電眼用鏡片的控制可透過手動操作無線地與該鏡片通訊的外部裝置(如手持遠端裝置)而完成。或者，供電眼用鏡片的控制可經由直接來自配戴者的回饋或控制訊號完成。例如，該鏡片內建的感測器可偵測眨眼及/或眨眼模式。根據眨眼的模式或序列，該供電眼用鏡片可改變狀態，例如，為了聚焦近物或是遠物的折射率。

眨眼偵測演算法係為系統控制器的一組件，其偵測眨眼的特性，例如，一給定期間內之眼瞼是開或閉、眨眼開或閉的持續時間、眨眼間的持續時間及眨眼的次數。根據本發明的例示性的演算法係依照在特定取樣速率下對入射眼睛的光取樣。預定的眨眼模式係被 儲存並與入射光樣本之最近歷史紀錄比較。當模式符合時，眨眼偵測演算法觸發該系統控制器中的動作，例如，啟動該鏡片驅動器以改變該鏡片的折射率。

本發明之眨眼偵測演算法及相關的電路最佳為在光照條件之合理廣的範圍內操作以及能夠從不自主的眨眼中區分有意識的眨眼序列。另外較佳為在所需的最少訓練下利用有意識眨眼來啟動及/或控制該供電眼用鏡片。本發明之眨眼偵測演算法及相關的電路提供一安全、低價且可靠的方式及方法透過一供電或電子隱形眼鏡來偵測眨眼(該供電或電子隱形眼鏡亦具有低電力消耗率並可縮放以併入眼用鏡片中)以至少啟動或控制供電或電子眼用鏡片之一。

本發明亦關於一供電或電子眼用鏡片，其併入一眼瞼或瞼位置感測器。

100‧‧‧隱形眼鏡

101‧‧‧環境光

102‧‧‧光感測器

103‧‧‧電流

104‧‧‧放大器

106‧‧‧類比數位轉換器(ADC)

108‧‧‧數位訊號處理器

110‧‧‧電源

112‧‧‧致動器

114‧‧‧系統控制器

300‧‧‧狀態轉變圖

302‧‧‧閒置狀態

304‧‧‧WAIT_ADC狀態

306‧‧‧移位狀態

308‧‧‧比較狀態

310‧‧‧完成狀態

402‧‧‧光二極體

404‧‧‧跨阻抗放大器

406‧‧‧自動增益與低通過濾階段(AGC/LPF)

408‧‧‧類比數位轉換器(ADC)

410‧‧‧單一區塊

500‧‧‧數位調節邏輯

502‧‧‧數位暫存器

504‧‧‧臨界值產生電路

506‧‧‧比較器

508‧‧‧增益調整區塊pd_gain_adj

600‧‧‧數位偵測邏輯

602‧‧‧移位暫存器

604‧‧‧比較區塊

606‧‧‧D正反器

608‧‧‧計數器

800‧‧‧數位系統控制器

802‧‧‧數位眨眼偵測子系統dig_blink

804‧‧‧主狀態機dig_master

806‧‧‧時鐘產生器clkgen

1000‧‧‧積體電路晶片

1002‧‧‧光通過區

1004‧‧‧光阻擋區

1006‧‧‧焊墊

1008‧‧‧鈍化開口

1010‧‧‧光阻擋層開口

1100‧‧‧隱形眼鏡

1102‧‧‧軟塑料部分

1104‧‧‧電子插入件

1106‧‧‧鏡片

1108‧‧‧積體電路

1110‧‧‧電池

1112‧‧‧光感測器

1114‧‧‧配線跡線

1200‧‧‧眼睛

1201‧‧‧位置

1202‧‧‧隱形眼鏡

1203‧‧‧位置

1204‧‧‧感測器陣列

1205‧‧‧位置

1206a‧‧‧光感測器

1206b‧‧‧光感測器

1206c‧‧‧光感測器

1206d‧‧‧光感測器

1206e‧‧‧光感測器

1206f‧‧‧光感測器

1206g‧‧‧光感測器

1206h‧‧‧光感測器

1206i‧‧‧光感測器

1206j‧‧‧光感測器

1206k‧‧‧光感測器

1206l‧‧‧光感測器

1207‧‧‧位置

1209‧‧‧位置

1300‧‧‧兩眼

1302‧‧‧隱形眼鏡

1304‧‧‧感測器陣列

1306‧‧‧電子通訊組件

1308‧‧‧光感測器

1310‧‧‧線

1400‧‧‧電子系統

1401‧‧‧入射光

1402‧‧‧鏡片

1404‧‧‧光感測器

1406‧‧‧放大器

1408‧‧‧多工器

1410‧‧‧類比數位轉換器

1412‧‧‧系統控制器

1414‧‧‧致動器

1416‧‧‧數位訊號處理系統或微處理器

1418‧‧‧電源

1501‧‧‧虛線

1502‧‧‧入射光

1503‧‧‧虛線

1504‧‧‧光感測器

1506‧‧‧光感測器

1508‧‧‧光感測器

1510‧‧‧瞇眼

1512‧‧‧眼瞼張開位置

1514‧‧‧眼瞼張開位置

1600‧‧‧偵測系統

1602‧‧‧隱型眼鏡/鏡片

1604‧‧‧感測器調節器

1606‧‧‧感測器調節器

1608‧‧‧多工器

1610‧‧‧系統控制器

1612‧‧‧致動器

1614‧‧‧電源

從以下的本發明較佳實施例之詳細說明中，並配合附圖所示，將更清楚明白本發明之前述及其他特徵與優勢。

圖1說明一例示性隱形眼鏡，包含一根據本發明一些實施例之眨眼偵測系統。

圖2說明一入射至眼睛表面的光對時間的圖示，說明在不同光強度值所紀錄之可能的非自主眨眼模式對時間的圖，以及一根據本發明最大與最小光強度值之間某些點之可用的臨界值。

圖3為根據本發明之眨眼偵測系統的例示性狀態轉移圖。

圖4為根據本發明用於偵測及對接收的光訊號取樣之光偵測路徑 的圖示。

圖5為根據本發明數位調節邏輯之區塊圖。

圖6為根據本發明數位偵測邏輯之區塊圖。

圖7為根據本發明之例示性時序圖。

圖8為根據本發明數位系統控制器的圖示。

圖9為根據本發明自動增益控制的例示性時序圖。

圖10為根據本發明之例示性積體電路晶片上光阻擋及光通過區的圖示。

圖11為根據本發明供電隱形眼鏡之例示性插入件(包含一眨眼偵測器)的圖示。

圖12為根據本發明之例示性眼瞼位置感測器的圖示。

圖13為根據本發明之具有同步兩眼之間操作的通訊頻道之兩例示性眼瞼位置感測器的圖示。

圖14A為根據本發明併入隱形眼鏡中用於偵測眼瞼位置的第一例示性電子系統的圖示。

圖14B為圖14A之第一例示性電子系統的放大圖。

圖15為根據本發明自眼瞼位置感測器的例示性輸出的圖示。

圖16A為根據本發明併入隱形眼鏡中用於偵測眼瞼位置的第二例示性電子系統的圖示。

圖16B為圖16A之第二例示性電子系統的放大圖。

傳統隱形眼鏡為具有特定形狀以矯正如前所述的各種視力缺陷的聚合物材料結構。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，可藉由客製化的光電元件來將例如控制電路、微處理器、通訊裝置、電源供應器、偵測器、致動器、發光二極體以及微型天線整合至隱形眼鏡中，如此不僅可矯正視力也可以增強視力以及提供本文所述的額外功能。可將電子及/或供電隱形眼鏡設計為藉由放大以及縮小的功能或單純調整鏡片的折射能力來增強視力。可將電子式及/或電驅動的隱形眼鏡設計為強化顏色以及解析度、展示結構資訊、即時將演講翻譯成字幕、提供來自導航系統的視覺提示以及提供影像處理與網路連線。可將該些鏡片設計為能讓使用者在低光度的環境下看見事物。鏡片上適當設計的電子元件及/或電子元件的配置可將影像投射至視網膜上，例如在沒有可變焦光學鏡片的狀況下提供新穎圖像顯示且甚至提供喚醒警示。或者，除了這些功能或與其相似的功能外，該隱形眼鏡可結合用於使用者之生物標記及健康指標的非侵入式監控的組件。例如，內建於鏡片的感測器可讓糖尿病患者不需要抽血，而以分析淚液膜的成分來監控血糖值。此外，適當配置的鏡片可結合監控膽固醇、鈉與鉀濃度以及其他生物性指標的感測器。再耦合至無線資料傳輸器，這樣即能讓醫生幾乎可立即得到的病患血液化學資訊，而不需要讓病患花時間至實驗室抽血檢驗。此外，可利用內建於鏡片的感測器來偵測入射至眼中的光線以補償環境光照狀況或用於測定眨眼模式。

本發明之供電或電子隱形眼鏡包含該些必要元件以矯正及/或增加具有上述之一或多種視力缺陷的患者之視力，或執行一有用的眼用功能。此外，該電子隱形眼鏡可被用於增強一般視力或提供上述各種功能。該電子隱形眼鏡可包括一可變焦的光學鏡片、一嵌入隱形眼鏡中的前部光學組件或在沒有鏡片的狀況下僅嵌入電子元件，以用於任何適當的功能。本發明之電子鏡片可被併入任何數量之上述隱形眼鏡。此外，人工水晶體亦可結合本文所述各種組件與功能。然而為了方便說明，本揭示將著重在一用於矯正視力缺陷且單次使用之日拋型電子隱形眼鏡。

本發明可被使用於包含電子系統的供電眼用鏡片或供電隱形眼鏡中，該電子系統制動一可變焦光學器件或其他任何裝置或配置以實施任何數量之多種可被執行的功能之裝置。該電子系統包含一或多個電池或其他電源、電力管理電路、一或多個感測器、時鐘產生電路、控制演算法與電路以及鏡片驅動電路。該些組件的複雜度可隨著所需或所欲的鏡片之功能而改變。

電子或供電眼用鏡片之控制可透過手動操作無線地與該鏡片通訊的外部裝置(如手持遠端裝置)而完成。例如，一錶鏈可根據配戴者手動輸入無線地與該供電鏡片通訊。或者，供電眼用鏡片的控制可經由直接來自配戴者的回饋或控制訊號完成。例如，該鏡片內建的感測器可偵測眨眼及/或眨眼模式。根據眨眼的模式或序列，該供電眼用鏡片可改變狀態，例如，為了聚焦近物或是遠物的折射率。

或者，供電或電子眼用鏡片中的眨眼偵測可被用於其他各種有使用者與該電子隱形眼鏡之間互動的用途，如啟動另一電子裝置，或傳送指令至另一電子裝置。例如，眼用鏡片中的眨眼偵測可被用於結合一電腦上的相機，其中該相機追蹤眼睛在電腦螢幕上的移動，且當該使用者執行一偵測到眨眼序列，使滑鼠指標執行一指令，像是於項目上快按兩次或選擇一選單項目。

眨眼偵測演算法係為系統控制器的一組件，其偵測眨眼的特性，例如，一給定期間內之眼瞼是開或閉、眨眼的持續時間、眨眼間的持續時間及眨眼的次數。根據本發明的演算法係依照在特定取樣速率下對入射眼睛的光取樣。預定的眨眼模式係被儲存並與入射光樣本之最近歷史紀錄比較。當模式符合時，眨眼偵測演算法可觸發該系統控制器中的動作，例如，啟動該鏡片驅動器以改變該鏡片的折射率。

眨眼係眼瞼快速開閉且為眼睛的重要功能。眨眼保護眼睛免受外來物影響，例如，當物體意外出現在靠近眼睛處個人會眨眼。眨眼藉由散佈眼淚以提供眼睛前表面的潤滑。眨眼亦可用來除去眼睛中的污染物及/或刺激物。一般而言，眨眼係自動完成，但外部刺激可能造成如刺激物的情形。然而，眨眼亦可為目的性，例如無法以口語或手勢溝通的個體可以眨眼一次表示是，眨眼兩次表示不是。本發明之眨眼偵測演算與系統使用不會與一般眨眼反應混淆的眨眼模式。換言之，若眨眼係用作為控制一動作的方式，則選定為給定動作的特定模式不可隨機發生。否則可能發生不經意的動作。由於眨眼速度會受 各種因素的影響，包括疲勞、眼睛受傷、用藥及疾病，控制目的之眨眼模式最好考慮影響眨眼的這些與其他任何變因。非自主眨眼的平均長度係於約100至400微秒的範圍內。平均成年男性及女性為每分鐘10次非自主眨眼的速率，而非自主眨眼之間的平均時間為約0.3至70秒。

該眨眼偵測演算法之一例示性實施例可歸納為以下步驟。

1. 界定使用者為了正眨眼偵測而將執行的有意識「眨眼序列」。

2. 在與符合偵測眨眼序列的速率取樣入射光值並去除非自主眨眼。

3. 將取樣的光值之歷史紀錄與預期的「眨眼序列」(如同眨眼模板之值所定義)比較。

4. 選擇地實施眨眼「遮罩」序列以指出在比較時應被忽略的模板的部份，如近轉換(near transition)。這樣可讓使用者偏離所欲的「眨眼序列」，如正或負一(1)錯誤窗口，其中可發生鏡片啟動、控制及焦距改變的一種或多種。此外，這樣可容許眨眼序列之使用者的時序有變異。

一例示性眨眼序列可被定義如下：

1. 眨眼(閉)0.5秒

2. 睜開0.5秒

3. 眨眼(閉)0.5秒

在100毫秒的取樣速率下，20個樣本眨眼模板係設為 blink_template=[1,1,1,0,0,0,0,0,1,1,1,1,1,0,0,0,0,0,1,1]。

眨眼遮罩係定義為在轉移後遮蔽該樣本(0至遮蔽或忽略樣本)且係設為blink_mask=[1,1,1,0,1,1,1,1,0,1,1,1,1,0,1,1,1,1,0,1]。

可選擇地，一較廣的轉移區可被遮蔽以容許更多的時序不確定性，且係設為blink_mask=[1,1,0,0,1,1,1,0,0,1,1,1,0,0,1,1,1,0,0,1]。

替代模式可被實施，如一次長眨眼，在此例中為1.5秒眨眼與24-樣本模板，設為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]。

重要的是要注意上述實例係用於說明目的，並非呈現特定資料組。

偵測可藉由將樣本之歷史紀錄與樣本及遮罩邏輯比較而實施。邏輯操作係於一按位元的基礎上互斥或(XOR)該模板與該 樣本歷史紀錄序列，且接著驗證所有未遮蔽歷史紀錄位元與該模板符合。例如，如上述眨眼遮罩樣本所說明，在值為邏輯1的眨眼遮罩之序列的各個位置中，眨眼必須符合在該序列之該位置的眨眼遮罩模板。然而，在值為邏輯1的眨眼遮罩之序列的各個位置中，眨眼不需符合在該序列之該位置的眨眼遮罩模板。例如，可利用以下布林(Boolean)演算法方程式，如MATLAB^®中所編碼。

符合=not(blink_mask)|not(xor(blink_template,test_sample))，其中test_sample為該樣本歷史紀錄。符合的值為具有如眨眼樣本、樣本歷史紀錄及blink_mask相同長度的序列。若該符合的序列皆為邏輯1，則發生一良好符合。若不按照此方式，not(xor(blink_template,test_sample))對各個不符合給予一邏輯0且對各個符合給予一邏輯1。與反向遮罩的邏輯實行「或」操作強制該符合序列中各個位置為邏輯1而該遮罩為邏輯0。因此，越多位置在眨眼遮罩模板中(其值指定為邏輯0)，可容許與一個人眨眼相關的誤差範圍也越大。MATLAB^®為一數值計算、視覺化及程式規劃的高階語言與實施，且為MathWorks(Natick，Massachusetts)的產品。重要的是要注意該眨眼遮罩模板中的邏輯0數量越多，越有可能誤判為符合預期或意欲的眨眼模式。應理解各種預期或意欲的眨眼模式可被程式化入一裝置，其一次有一或多個有效。更具體地，多個預期或意欲的眨眼模式可被用於相同目的或功能，或實施不同或替代功能。例如，一眨眼模式可被用以使該鏡 片於一意欲目標放大或縮小，而另一眨眼模式可被用以使該鏡片上的另一裝置(例如幫浦)傳遞一劑量之治療劑。

圖1根據本發明之例示性實施例，以區塊圖形式說明一包含一電子眨眼偵測系統的隱形眼鏡100。在此例示性實施例中，該電子眨眼偵測系統可包含一光感測器102、一放大器104、一類比數位轉換器(或ADC)106、一數位訊號處理器108、一電源110、一致動器112及一系統控制器114。

當該隱形眼鏡100放置於使用者的眼睛之前表面上，該眨眼偵測系統之電子電路可被用以實施本發明的眨眼偵測演算法。該光感測器102以及其他電路係配置以偵測眨眼及/或使用者的眼中產生的各種眨眼模式。

在此例示性實施例中，該光感測器102可被嵌入該隱形眼鏡100並接收環境光101，將入射光子轉換成電子並因而導致一電流(如箭頭103所指)流入該放大器104。該光感測器或光偵測器102可包含任何適合的裝置。在一例示性實施例中，該光感測器102包含一光二極體。在一較佳例示性實施例中，該光二極體係以一互補金屬氧化物半導體(CMOS製程技術)實施以增加整合能力並降低該光感測器102與其他電路的整體大小。該電流103係與入射光值成比例，且當該光偵測器102被眼瞼覆蓋時顯著下降。該放大器104產生一與輸入成比例的輸出，與增益，且可作用為一將輸入電流轉換為輸出電壓的跨阻抗放大器。該放大器104可放大一訊號至該系統其餘部分可用的程度，如給予該訊號足夠電壓及功率以被該ADC 106得到。例如， 該放大器對驅動後續區塊可能是必要的，由於該光感測器102的輸出可為相當小且可被用於低光環境。該放大器104可被實施作為一可變增益放大器，其增益可在一回饋排列由該系統控制器114調整以最大化該系統的動態範圍。除了提供增益之外，該放大器104可包含其他類比訊號調節電路，如過濾以及其他適合該光感測器102與放大器104輸出的其他電路。該放大器104可包含任何適合的裝置用以放大及調節該光感測器102的訊號輸出。例如，該放大器104可簡單包含一單運算放大器或更複雜的電路，包含一或多個運算放大器。如前所述，該光感測器102與該放大器104係配置以偵測及隔離根據眼睛所接收的入射光強度的眨眼序列，並轉換該輸入電流為一最終可為該系統控制器114所用的數位訊號。該系統控制器114較佳為預程式化或預配置以辨識在各種光強度值條件下各種眨眼序列及/或眨眼模式，並提供一適合該致動器112的輸出訊號。該系統控制器114亦包含相關的記憶體。

在此例示性實施例中，該ADC 106可被用以將自該放大器104輸出的一連續、類比訊號轉換成一適合進一步的訊號處理之取樣的數位訊號。例如，該ADC 106可將自該放大器104輸出的類比訊號轉換成一後續或下游電路(如數位訊號處理系統或微處理器108)可使用的數位訊號。一數位訊號處理系統或數位訊號處理器108可被用於數位訊號處理，包含過濾、處理、偵測及其他操作/處理取樣的資料的一種或多種，以允許入射光偵測供下游使用。該數位訊號處理器108可與上述眨眼序列及/或眨眼模式預程式化。該數位訊號處理器108 亦包含相關的記憶體。該數位訊號處理器108可利用類比電路、數位電路、軟體或其組合而實施。在該說明例示性實施例中，其係以數位電路實施。伴隨相關的放大器104與數位訊號處理器108的該ADC 106係以與前述取樣速率一致的適合速率啟動，例如每100毫秒。

電源110供應電力給包含該眨眼偵測系統的多個組件。該電力可由一電池、能源擷取器或其他適合的方式所供應，如熟悉本領域之技藝者所習知。實質上，任何類型的電源110可被用以提供該系統的所有其他組件可靠的電力。眨眼序列可被用以改變該系統及/或該系統控制器的狀態。此外，該系統控制器114可依據自該數位訊號處理器108的輸入控制供電隱形眼鏡的其他態樣，例如，經由該致動器112改變電子式控制鏡片的焦距或折射率。

該系統控制器114使用來自該光感測器鏈的訊號；亦即該光感測器102、該放大器104、該ADC 106及該數位訊號處理系統108以比較取樣的光值與眨眼啟動模式。參見圖2，說明在各種光強度值紀錄的眨眼模式樣本對時間的圖示以及一可用的臨界值。因此，當對入射至眼睛的光取樣時，考慮各種因素可能減少及/或避免偵測眨眼的錯誤，如考慮在不同地方及/或在執行各種活動時光強度值的改變。另外，當對入射至眼睛的光取樣時，考慮環境光強度的改變可能對眼睛及眼瞼造成的效果亦可能減少及/或避免偵測眨眼的錯誤，如在低光強度值與高光強度值時眼瞼閉上可阻擋多少可見光。換言之，為了避免使用錯誤的眨眼模式來控制，考慮環境光的程度較佳，如以下詳細說明。

例如，在一研究中發現眼瞼平均可阻擋大約百分之九十九(99%)的可見光，但在較短的波長下較少光傾向通過眼瞼，阻擋掉大約99.6百分比的可見光。在較常的波長下(偏向光譜紅外光部份)，該眼瞼僅可阻擋百分之三十(30%)的入射光。然而，值得注意的是光在不同頻率下，各波長和各強度可能以不同的效率通過眼瞼。例如，當看向亮光源時，一個體可能在眼瞼閉上時看到紅光。個人眼瞼可阻擋多少可見光亦有變異性，如個人的皮膚色素。如圖2所說明，說明在70秒的期間模擬不同光值下眨眼模式的資料樣本(其中紀錄在模擬期間通過眼睛的可見光強度值)以及一可用的臨界值。臨界值係設定在不同光強度值下的模擬期間中該樣本眨眼模式所紀錄的可見光強度的峰間值之間。具有預程式化眨眼模式的能力同時追蹤時間內平均光值並調整臨界值對能夠在個人眨眼時偵測可能是重要的，而非當一個人不眨眼時及/或在特定區域中有光強度值的改變。

現在再次參照圖1，在進一步的替代例示性實施例中，該系統控制器114可接收來自包含眨眼偵測器、眼肌偵測器及一錶鏈控制之一或多種來源的輸入。藉由一般化，啟動及/或控制該系統控制器114的方法可能需要使用一或多種啟動方法對熟悉此技藝者可為顯而易知。例如，一電子或供電隱形眼鏡可針對個人使用者程式化，如程式化一鏡片以在執行不同動作時(例如，聚焦在遠的物體上或聚焦在近的物體)辨識個人的眨眼模式與個人的睫狀肌訊號。在一些例示性實施例中，使用一種以上的方法來啟動電子隱形眼鏡，如眨眼偵測與睫狀肌訊號偵測，可使各方法在該隱形眼鏡啟動發生前與另一方法 互校。互校的優點可包含減少誤判為正，如最小化非意圖觸發鏡片啟動的機會。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符合特定數目的條件。

該致動器112可包含根據接收的指令訊號來實施之任何適合的裝置。例如，若與如前述的取樣光值比較下眨眼啟動模式相符，該系統控制器114可啟動該致動器112，如可變光電儀器或供電鏡片。該致動器112可包含一電裝置、一機械裝置、一磁性裝置或其任何組合。該致動器112接收一除了來自該電源110之電力外，來自該系統控制器114的訊號，並產生一些根據來自該系統控制器114的訊號的動作。例如，若該系統控制器114訊號係表示配戴者試圖聚焦於一近物上，該致動器112可被用以改變該電子眼用鏡片的折射率，例如，透過動態多液體的光學區。在一替代例示性實施例中，該系統控制器114可輸出一訊號指示治療劑應被傳遞至眼睛。在此例示性實施例中，該致動器112可包含一幫浦與儲存器，例如，一微電機系統(MEMS)幫浦。如上所述，本發明之供電鏡片可提供各種功能；因此，一個或以上的致動器可不同地配置以實施該功能。

圖3說明根據本發明眨眼偵測演算法的例示性眨眼偵測系統的狀態轉變圖300。該系統開始於一閒置狀態302等待賦能訊號bl_go被確立。當該賦能bl_go訊號確立時，例如，藉由在與該眨眼取樣速率相當的100毫秒速率脈衝bl_go的振盪器與控制電路，該狀態機接著轉變至一WAIT_ADC狀態304，其中ADC係賦能以轉換一接收的光值為一數位值。該ADC確立一adc_done訊號以指示其操作完成， 而該系統或狀態機轉變至一移位狀態306。在該移位狀態306中，該系統推動最近接收的ADC輸出值至一移位暫存器以容納眨眼樣本的歷史紀錄。在一些例示性實施例中，該ADC輸出值首先與臨界值比較以提供該樣本值一單位元(1或0)，用以最小化儲存需求。該系統或狀態機接著轉變至一比較狀態308，其中該樣本歷史紀錄移位暫存器中的值係與上述眨眼序列模板及遮罩的一或多種比較。若偵測到一符合，可確立一或多個輸出訊號，如一以雙態觸變該鏡片驅動器的狀態，bl_cp_toggle，或其他任何被該供電眼用鏡片所執行的功能。該系統或狀態機接著轉變至該完成狀態310且確立bl_done訊號以指示其操作完成。

圖4說明一例示性光感測器或光偵測器訊號路徑pd_rx_top，其可用於偵測並對接收的光值取樣。該訊號路徑pd_rx_top可包含一光二極體402、一跨阻抗放大器404、一自動增益與低通過濾階段406(AGC/LPF)及一ADC 408。該adc_vref訊號係由該電源110(見圖1)輸入至該ADC 408，或另外其可由該類比數位轉換器408內部的專用電路提供。自該ADC 408的輸出adc_data，係傳送至該數位訊號處理及系統控制器區塊108/114(見圖1)雖然在圖1中繪示為個別區塊108與114，為了說明方便起見，該數位訊號處理及系統控制器係較佳為於單一區塊410上實施。該賦能訊號adc_en、該開始訊號adc_start及該重設訊號adc_rst_n係自該數位訊號處理及系統控制器410接收，而該完成訊號adc_complete係傳送至該數位訊號處理及系統控制器。該時鐘訊號adc_clk可由該訊號路徑pd_rx_top外部的時鐘來 源接收，或來自該數位訊號處理及系統控制器410。重要的是要注意該adc_clk訊號及該系統時鐘可於不同頻率運作。亦重要的是要注意任何數量的不同ADC可根據本發明使用，本發明可具有不同的介面及控制訊號，但其執行提供該光感測器訊號路徑之類比部份的輸出之取樣的數位表示相似的功能。該光偵測賦能pd_en及該光偵測增益pd_gain係接收自該數位訊號處理及系統控制器410。

圖5說明數位調節邏輯500之區塊圖，該數位調節邏輯可用以降低該接收的ADC訊號值adc_data至單位元值pd_data。該數位調節邏輯500可包含一數位暫存器502以自該光偵測訊號路徑pd_rx_top接收該資料adc_data以提供一持有值在該adc_data_held訊號上。當該adc_complete訊號確立時，該數位暫存器502係配置以接受一新的值於該adc_data訊號上，而另外當該adc_complete訊號接收時持有該最後接受的值。以此方式，一旦該資料被閂鎖以降低系統電流消耗，該系統可截斷該光偵測訊息路徑。該持有資料值可接著被平均(例如，藉由一積丟濾波器(integrate-and-dump)平均或其他實施於數位邏輯的平均方法)於該臨界值產生電路504中產生一或多個臨界值於該訊號pd_th上。該持有資料值可接著透過比較器506與一或多個臨界值比較以產生一位元資料值於該訊號pd_data上。將可理解的是該比較操作可使用滯後作用或與一或多個臨界值比較以最小化該輸出訊號pd_data上的雜訊。該數位調節邏輯可進一步包含一增益調整區塊pd_gain_adj 508，根據該計算的臨界值及/或根據該持有資料值透過該訊號pd_gain(說明於圖4中)，以設定該光偵測訊號路徑中的該自動 增益與低通過濾階段406的增益。重要的是要注意在此例示性實施例中六位元字提供足夠的解析度以供眨眼偵測的動態範圍而最小化複雜度。

在一例示性實施例中，該臨界值產生電路504包含一波峰偵測器、一波谷偵測器及一臨界值計算電路。在此例示性實施例中，該臨界值與增益控制值可產生如下。該波峰偵測器與該波谷偵測器係配置以接收訊號adc_data_held上的持有值。該波峰偵測器係進一步配置以提供一輸出值pd_pk，其快速追蹤該adc_data_held值的增加且若該adc_data_held值下降則緩慢衰變。該操作係類似於經典二極體封包檢測器，如電領域中所習知。該波谷偵測器係進一步配置以提供一輸出值pd_vl，其快速追蹤該adc_data_held值的下降且若該adc_data_held值增加則緩慢衰變至更高的值。該波谷偵測器的操作亦類似於二極體封包檢測器，具有連接至一正電力供應電壓的放電電阻器。該臨界值計算電路係配置以接收該pd_pl與pd_vl值，且進一步配置以根據該pd_pk與pd_vl值的平均計算一中點臨界值。該臨界值產生電路504根據該中點臨界值value pd_th_mid提供該臨界值pd_th。

該臨界值產生電路504可進一步適於更新該pd_pk與pd_vl水平的值以回應該pd_gain值的改變。若該pd_gain值增加一階層，則該pd_pk與pd_vl值以與該光偵測訊號路徑中預期之增益增加係數而增加。若該pd_gain值下降一階層，則該pd_pk與pd_vl值以與該光偵測訊號路徑中預期之增益下降係數而下降。以此方式，該波峰偵測器與波谷偵測器的狀態(如同分別持有於該pd_pk與pd_vl值)，且 該臨界值pd_th(如該pd_pk與pd_vl值所計算)係更新以符合訊號路徑增益的改變，因而避免僅由該光偵測訊號路徑增益的故意改變造成的不連續性或其他狀態或值的改變。

在該臨界值產生電路504的進一步例示性實施例中，該臨界值計算電路可進一步配置以根據該pd_pk值的比例或百分比計算一臨界值pd_th_pk。在一較佳的例示性實施例中，該pd_th_pk可有利地配置為該pd_pk值的八分之七，計算可由相關領域習知的一簡單右位移三位元與減法而實施。該臨界值計算電路可選擇該臨界值pd_th比pd_th_mid與pd_th_pk更低。以此方式，該pd_th值將永遠不會等於該pd_pk值，即使在光長期間持續入射於該光二極體上後，其可能造成該pd_pk與pd_vl值相等。應當理解該pd_th_pk值確保長期間後眨眼的偵測。該臨界值產生電路的行為進一步說明於圖9，如後續所討論。

圖6說明數位偵測邏輯600之區塊圖，其可被用於實施根據本發明之一實施例之例示性數位眨眼偵測演算法。該數位偵測邏輯600可包含一移位暫存器602適於接收來自該裝偵測訊號路徑pd_rx_top(圖4)或來自該數位調節邏輯(圖5)的資料，如此處該訊號pd_data(其具有一位元值)所說明。該移位暫存器602在此以24位元暫存器持有該接收樣本的歷史紀錄。該數位偵測邏輯600進一步包含一比較區塊604，適於接收該樣本歷史紀錄以及一或多個眨眼模板bl_tpl與眨眼遮罩bl_mask，並被配置以指示該一或多個模板與遮罩於可被持有供後續使用的一或多個輸出訊號上之符合。該比較區塊604 之輸出係經一D正反器606閂鎖。該數位偵測邏輯600可進一步包含一計數器608或其他邏輯以抑制可能由於遮蔽操作在同一樣本歷史紀錄上而有小移位的連續比較。在一較佳例示性實施例中，該樣本歷史紀錄在得到正符合後被清除或重設，因此需要一完整、新的符合眨眼序列以在能夠鑑定一後續符合之前被取樣。該數位偵測邏輯600仍可進一步包含一狀態機或相似的控制電路以提供該控制訊號至該光偵測號路徑與該ADC。在一些例示性實施例中，該控制訊號可藉由一與該數位偵測邏輯600分離的控制狀態機產生。此控制機可為該數位訊號處理與系統控制器410的一部分。

圖7說明該控制訊號由一眨眼偵測子系統提供至用於光偵測訊號路徑中的ADC 408(圖4)之時序圖。該賦能及時鐘訊號adc_en、adc_rst_n及adc_clk係在樣本序列的開始啟動並繼續直到該類比數位轉換程序完成。在一例示性實施例中，該ADC轉換過程係當該adc_start訊號上提供一脈衝而啟動。該ADC輸出值係持有於adc_data訊號中，且該程序的完成係由adc_complete訊號上該類比數位轉換器所指示。同樣於圖7中說明的是該pd_gain訊號，其係用以設定該ADC之前該放大器的增益。此訊號係顯示為在該暖機時間前被設定以使該類比電路偏差及訊號位準在轉換前穩定。

圖8說明一數位系統控制器800，包含一數位眨眼偵測子系統dig_blink 802。該數位眨眼偵測子系統dig_blink 802可藉由一主狀態機dig_master 804所控制且可適於自該數位系統控制器800外部的時鐘產生器clkgen 806接收時鐘訊號。該數位眨眼偵測子系統 dig_blink 802可適於提供控制訊號至上述光偵測子系統並自該光偵測子系統接收訊號。該數位眨眼偵測子系統dig_blink 802可包含除狀態機之外如上所述的數位調節邏輯及數位偵測邏輯，以控制眨眼偵測演算法中的操作序列。該數位眨眼偵測子系統dig_blink 802可適於自該主狀態機804接收一賦能訊號並提供一完畢或完成指示與一眨眼偵測指示返回該主狀態機804。

圖9提供波形(圖9A-9G)以說明該臨界值產生電路與自動增益控制的操作(圖5)。圖9A說明如可能由回應不同光值的光二極體所提供之光電流對時間之實例。在該圖的第一部份，該光值及生成的光電流與該圖的第二部份比較相對較低。在該圖的第一部份與第二部份兩者皆可看出雙重眨眼降低該光及光電流。注意眼瞼造成光的減弱可能不是百分之百(100%)，但由於對入射該眼睛的光之波長該眼瞼的傳遞性質有較低的值。圖9B說明該adc_data_held值，其係回應圖9A之光電流波形而擷取。為了簡便起見，該adc_data_held值係繪示為一連續類比訊號而非一系列不連續數位樣本。將可理解的是數位樣本值將對應於圖9B中所繪示在相對應的樣本時間的值。在圖的上方及底部的虛線代表該adc_data與adc_data_held訊號的最大及最小值。介於該最小與最大值之間值的範圍亦稱為該adc_data訊號的動態範圍。如下方所討論，該光偵測訊號路徑增益與該圖的第二部份不同(較低)。一般而言該adc__data_held值係直接與該光電流成比例，且該增益改變僅影響該配量或比例常數。圖9C說明藉由該臨界值產生電路回應該adc_data_held值所計算的該pd_pk、pd_vl及pd_th_mid值。 圖9D說明回應該臨界值產生電路的一些例示性實施例中adc_data_held值所計算的該pd_pk、pd_vl及pd_th_pk值。注意該pd_th_pk值總是與該pd_pk值成比例。圖9E說明該adc_data_held值與該pd_th_mid及pd_th_pk值。注意在該adc_data_held值係相對恆定的長時間期間，當該pd_vl值衰減至相同水準時該pd_th_mid值變得等於該adc_data_held值。該pd_th_pk值一直維持有些低於該adc_data_held值。同樣說明於圖9E中為pd_th之選擇，其中該pd_thvalue係選擇為pd_th_pk與pd_th_mid中較低者。以此方式該臨界值一直設定在遠離pd_pk值一些，避免該光電流及adc_data_held雜訊造成pd_data上的錯誤轉變。圖9F說明藉由該adc_data_held值與該pd_th值的比較產生的該pd_data值。注意該pd_data訊號為二值的訊號，其在眨眼發生時為低。圖9G說明這些示範波形tia_gain對時間之值。tia_gain之值係在該pd_th開始超過圖9E中agc_pk_th所示的高臨界值時設定較低。應當理解相似的行為會發生在當pd_th開始降至低於一低臨界值時提高tia_gain。再次看到圖9A到9E各圖之第二部份，較低的tia_gain的效果是清楚的。特別注意該adc_data_held值係維持靠近該adc_data及adc_data_held訊號之動態範圍的中央。此外，重要的是要注意該pd_pk與pd_vl值係根據如上所述的該增益改變而更新，使得純粹由於該光偵測訊號路徑增益的改變造成該波峰與波谷偵測器狀態與值不連續得以避免。

圖10說明一積體電路晶片1000上的例示性光阻擋及光通過特徵。該積體電路晶片1000包含一光通過區1002、一光阻擋區 1004、焊墊1006、鈍化開口1008及光阻擋層開口1010。該光通過區1002係位於該光感測器之上(未繪出)，例如實施於該半導體製程中的光二極體陣列。在一較佳例示性實施例中，該光通過區1002允許盡可能多的光到達該光感測器因而最大化靈敏度。此可經由移除多晶矽、金屬、氧化物、氮化物、聚亞醯胺及其他光接收器上的層而完成，如用於製造的半導體製程中或後處理中所允許的。該光通過區1002亦可接收其他特殊處理以最佳化光偵測，例如抗反射塗層、濾器及/或擴散器。該光阻擋區1004可覆蓋其他晶片上的電路，該電路不需光曝照。其他電路的性能可被光電流降解，例如在併入隱形眼鏡所需的超低電流電路中轉移偏壓與振盪器頻率，如上所述。該光阻擋區1004優先以一薄的、不透明的反射材料所製成，例如已用於半導體晶片加工及後加工的鋁或銅。若以金屬實施，形成該光阻擋區1004的材料必須與下方的電路以及焊墊1006絕緣以避免短路的狀況。此絕緣可由已出現於晶片上作為一般晶片鈍化的一部分提供，如氧化物、氮化物及/或聚亞醯胺或在後加工期間加入其他介電質。遮蔽使光阻擋層開口1010以致導電的光阻擋金屬不會與晶片上的焊墊重疊。該光阻擋區1004係以額外的介電質或鈍化覆蓋以在晶片貼附期間保護晶片並避免短路。此最終鈍化具有鈍化開口1008以允許連接至該焊墊1006。

圖11依據本實施例(發明)說明具有包含眨眼偵測系統的電子插入件的例示性隱形眼鏡。該隱形眼鏡1100包含一軟塑料部分1102，其包含一電子插入件1104。此插入件1104包含一鏡片1106，其係由電子設備啟動，例如(取決於啟動)聚焦近處或遠處。積體電 路1108安裝於該插入件1104上並連接至電池1110、鏡片1106及其他該系統必須的組件。該積體電路1108包含一光感測器1112及相關的光偵測器訊號路徑電路。該光感測器1112經該透鏡面向外並遠離眼睛，且因此能夠接收環境光。該光感測器1112可被實施於該積體電路1108(如圖所示)上，例如作為一單一光二極體或光二極體的陣列。該光感測器1112亦可被實施作為一分離的裝置，其安裝於該插入件1104上並與配線跡線1114連接。當眼瞼閉上時，包含光偵測器1112的鏡片插入件1104被覆蓋，因而降低入射於該光偵測器1112上的光值。該光偵測器1112能夠測量環境光以測定該使用者是否眨眼。

該眨眼偵測演算法的另外實施例可容許該眨眼序列的持續時間及間隔有更多變異，例如藉由根據第一眨眼測得的終止時間計時第二眨眼而非使用一固定的模板或擴大該遮罩「不關心(dont't care)」期間(0值)。

應當理解該眨眼偵測演算法可被實施於數位邏輯中或於微控制器上運行的軟體中。該演算法邏輯或微控制器可與光偵測訊號路徑電路與系統控制器被實施於單一特定應用積體電路(ASIC)中，或其可被分配跨越多於一個積體電路。

重要的是要注意本發明的眨眼偵測系統具有較視力診斷、視力矯正和視力增強更廣的用途。該些更廣的用途包含使用眨眼偵測以控制多種用於具有肢體障礙個人的功能。該眨眼偵測可於眼睛上或眼睛外設定。

根據另一例示性實施例，供電或電子眼用鏡片可合併眼瞼或瞼位置感測器。眼瞼有多種方式來保護眼球係為已知，包含眨眼反射及眼淚散佈作用。眼瞼的眨眼反射藉由當眼睛感受威脅時快速閉上以避免對眼球的創傷。眨眼亦散佈眼淚於眼球的表面上以保持眼球溼潤並沖走細菌及其他外來物。但眼瞼的移動亦可指示其他動作或功能在運作中。例如，當一個體聚焦於近物上，上眼瞼會降下。因此，此移動之偵測可被用於至具有可變焦光學的電子眼用鏡片之輸入以矯正關於老花眼的適應損失。或者，當一個體欲聚焦遠物時，他或她可能會瞇眼。瞇眼有關的該眼瞼動作可被用於至具有可變焦光學器件的電子眼用鏡片之輸入以放大一遠物。此外，眼瞼位置感測器亦可被用於當他或她快睡著時警示配戴電子眼用鏡片的個人。同樣重要的是要注意該感測的資料(補充或替代使用)可簡單地用作收集過程的一部分而非一觸發事件。例如，該感測的資料可被收集、紀錄及用於治療醫療狀況。換言之，亦應可理解使用此一感測器的裝置可能不會以使用者可見的方式改變狀態；而是該裝置可簡單地紀錄資料。例如，此一感測器可被用於測定使用者一整天是否有適當的虹膜反應或是否存在有問題的醫療狀況。

現參照圖12，說明一例示性的眼睛1200上瞼位置感測器系統。該系統係併入一隱形眼鏡1202。顯示該上眼瞼及下眼瞼，及該上眼瞼可能的位置1201、1203以及1205(依閉上程度的順序)。該下眼瞼亦以相對該上眼瞼的閉上程度說明；即位置1207、1209及1205。當該眼瞼閉上時，其所在位置相同；即1205。依據該例示性實 施例的隱形眼鏡1202包含一感測器陣列1204。此感測器陣列1204包含一或多個光感測器。在此例示性實施例中，該感測器陣列1204包含12個光感測器1206a-1206l。當上眼瞼在位置1201且下眼瞼在位置1207，曝露所有裝感測器1206a-1206l並接收環境光，因而產生一光電流，其可被本文所述的電子電路所偵測。隨著眼瞼部份閉上至位置1203與1209，該上與下光感測器1206a與1206b係被覆蓋，接收的光少於其他光感測器1206c-1206l，並輸出一相對應較低的電流，其可被該電子電路所偵測。當眼瞼完全閉上在位置1205，所有感測器1206a-1206l被覆蓋而電流相對應的降低。此例示性系統可被用於藉由對該感測器陣列中的各個光感測器取樣，偵測眼瞼位置並利用該光電流輸出對感測器位置以測定眼瞼位置。應當理解該光感測器應被置於隱形眼鏡上適當的位置，例如提供足夠的樣本位置以可靠地測定眼瞼位置，而不阻礙清晰的光學區(大約是瞳孔放大所佔的區域)。此例示性系統亦可被用於藉由在時間內例行地對該感測器取樣並比較測量來偵測眨眼。該眼瞼位置可被控制器(未顯示)使用以起始一功能。例如，當聚焦於近物(如閱讀)時，眼瞼一般垂下或降下。因此，或許與其他感測器結合時，該眼瞼位置可被用於偵測如上所述之老花眼個人聚焦近處的需求。

圖13說明一例式性系統，其中兩眼1300係部份被隱形眼鏡1302覆蓋。感測器陣列1304係呈現於兩個隱形眼鏡1302上以測定瞼位置，如先前參照圖12所述。在此例示性實施例中，該隱形眼鏡1302各包含一電子通訊組件1306。各隱形眼鏡1302中的電子通訊組 件1306允許該隱形眼鏡1302之間雙向通訊的發生。該電子通訊組件1306可包含射頻(RF)收發器、天線、用於光感測器1308的界面電路及相關或相似的電子組件。由線1310所代表的該通訊頻道可包含在適當的頻率與功率下，具有適當的資料協定的RF傳輸，以允許該隱形眼鏡1302之間有效的通訊。例如，兩個隱形眼鏡1302之間資料的傳輸可驗證兩個眼瞼已閉上以偵測一真實、有目的性的眨眼而非眨眼示意或非自主性眨眼。該傳輸亦可使系統測定兩個眼瞼是否已相同程度關閉，例如，其相關於使用者近距離閱讀。資料傳輸亦可發生於外部裝置，例如，鏡框形眼鏡、使用者太陽穴上配戴的一貼片、或智慧型手機。

圖14A與14B說明一例示性電子系統1400，如上所述，其中瞼位置光感測器係用於觸發隱形眼鏡1402中的活動，或更具體而言，一供電或電子眼用鏡片。圖14A顯示該鏡片1402上的例示性電子系統1400，而圖14B係該系統1400的展開圖。光1401係入射於一或多個光感測器1404，如先前參照圖12所說明。該些光感測器1404可以光二極體、硫化鎘(CdS)感測器或其他適合轉換環境光為電流的技術來實施。根據光感測器1404的選擇，放大器1406或其他適合的電路可能需要調整該輸出訊號用於後續或下游電路。多工器1408允許單一類比數位轉換器1410(ADC)接收來自多個光感測器1404的輸入。該多工器1408可被置於緊接該光感測器1404之後，該放大器1406之前，或可能依據電流消耗、晶片大小及設計複雜度的考量不被使用。由於在眼睛的不同位置上需要多個光感測器1404以偵測眼瞼位置，分 享下游處理組件(例如放大器、類比數位轉換器及數位簽名處理器)可能顯著降低該電子電路所需的大小。該放大器1406產生一與該輸入成比例具有增益的輸出，且可能作為跨阻抗放大器，其將輸入電流轉換成輸出電壓。該放大器1406可放大一訊號至該系統其餘部分可用的程度，如給予該訊號足夠電壓及功率以被該ADC 1410得到。例如，該放大器1406對驅動後續區塊可能是必要的，由於該光感測器1404的輸出可為相當小且可被用於低光環境。放大器1406亦可被實施為可變增益放大器，其增益可藉由系統控制器1412調整以最大化該系統1400的動態範圍。除了提供增益之外，該放大器1406可包含其他類比訊號調節電路，如過濾以及其他適合該光感測器1404與放大器1406輸出的其他電路。該放大器1406可包含任何適合的裝置用以放大及調節該光感測器1404的訊號輸出。例如，該放大器1404可簡單包含一單運算放大器或更複雜的電路，包含一或多個運算放大器。

如上所述，該光感測器1404與該放大器1406係配置以偵測在眼睛不同位置的入射光1401，並將該輸入電流轉換成一最終該系統控制器1412可使用的數位訊號。該系統控制器1412係較佳為預程式化以取樣眼睛上的各個光感測器1404以偵測瞼位置，並提供一適當的輸出訊號至一致動器1414。該系統控制器1412亦包含相關的記憶體。該系統控制器1412可結合該光感測器1404最近的樣本，以預程式化與瞼開與瞇眼位置相關的模式。當該模式符合與近的視力調節相關的瞼下垂(例如，該上眼瞼下垂)，該系統控制器1412可觸發該致動器1414以改變供電隱形眼鏡相關的可變功率光學器件之聚焦狀態。 在各種環境光及焦距的狀況下紀錄使用者的眼瞼模式可能為程式化該系統控制器1412以供可靠的偵測所需。該系統1400可能需要區分眼瞼位置之間的改變，環境光、陰影及其他情況下正常的改變。此區分可透過取樣頻率、放大器增益及其他系統參數的正確選擇、隱形眼鏡中感測器位置的最佳化、瞼位置模式的測定、紀錄環境光、將每個光感測器與相鄰及所有光感測器比較以及其他的技術來完成對於瞼位置獨特地辨別。

在此例示性實施例中，該ADC 1410可被用以將自該放大器1406輸出的一連續、類比訊號經多工器轉換成一適合進一步訊號處理之取樣的數位訊號。例如，該ADC 1410可將自該放大器1406輸出的類比訊號轉換成一後續或下游電路(如數位訊號處理系統或微處理器1416)可使用的數位訊號。一數位訊號處理系統或數位訊號處理器1416可被用於數位訊號處理，包含過濾、處理、偵測及其他操作/處理取樣的資料的一種或多種，以允許入射光偵測供下游使用。該數位訊號處理器1416可預程式化各種瞼模式。該數位訊號處理器1416亦包含相關的記憶體。該數位訊號處理器1416可利用類比電路、數位電路、軟體或較佳為其組合而實施。伴隨相關的放大器1406與數位訊號處理器1416的該ADC 1410係以與前述取樣速率一致的適合速率啟動，例如每100毫秒。

一電源1418供應電力給多種包含該瞼位置感測器系統1400的組件。該電源1418亦可被用於供應電力至該隱形眼鏡上其他裝置。該電力可由一電池、能源擷取器或其他適合的方式所供應，如熟 悉本領域之技藝者所習知。實質上，任何類型的電源1418可被用以提供該系統的所有其他組件可靠的電力。一處理類比至數位的瞼位置感測器陣列模式可使該系統控制器1412或該系統控制器1412的一部分的能夠啟動。此外，該系統控制器1412可依據自該數位訊號處理器1408的輸入控制供電隱形眼鏡的其他態樣，例如，經由該致動器1414改變電子式控制鏡片的焦距或折射率。

現參照圖15說明三個位於該隱形眼鏡上三個不同垂直位置的光感測器之例示性輸出特徵。該輸出特徵可代表與各個光感測器上入射光成比例的電流，或可代表一下游訊號，例如在該ADC(圖14中元件1410)之輸出的數位取樣資料值對時間。例如，當由一暗室走向一明亮門廳，接著回到暗室時，總入射光1502增加，維持穩定，然後下降。如光感測器1504與1508的虛線1501與1503所說明，若眼瞼仍然保持張開，全部三個光感測器1504、1506及1508將輸出一類似環境光的訊號。除了該環境光值1502改變之外，眼瞼瞇眼係由位置1510所指示，與該眼瞼張開位置1512與1514不同。當瞼因為瞇眼閉上時，上部光感側器1504變成被該上眼瞼覆蓋，並因光感測器被眼瞼阻擋而輸出一相應較低的值。儘管環境光1502增加，光感測器1504接收較少的光，並因眼瞼部份閉上而輸出一較低的訊號。光感測器1508在瞇眼期間被覆蓋時可觀察到相似反應。中部感測器1506在瞇眼期間未被覆蓋，而因此可繼續觀察到光值增加，與一相應的輸出值增加。雖然此實例說明一特定情況，各種感測器位置的配置以及眼瞼動作如何被偵測應為顯而易知。

圖16A及16B說明一替代例示性偵測系統1600併入一隱形眼鏡1602。圖16A再次顯示該鏡片1602上的該系統1600，而圖16B顯示該系統1600之一展開圖。在此例示性實施例中，使用電容式觸控感測器1604而非光感測器。電容式觸控感測器常見於電子產業，例如在觸控螢幕顯示器。其基本原理為一可變電容器1604係以物理方式實施使得電容在靠近或接觸時改變，例如，透過實施一由介電質覆蓋的柵極。感測器調節器1604產生一與該電容成比例的輸出訊號，例如，透過測量包含該可變電容器的振盪器中的改變，或藉由感測該可變電容器與具有固定頻率AC訊號的固定電容器之比例。該感測器調節器1606的輸出可與一多工器1608結合以減少下游電路。在此例示性實施例中，為了簡化而省略參照圖14之上述必要訊號調節電路。系統控制器1610經由該多工器1608接收來自該電容感測器調節器1606的輸入，例如，透過依序啟動各個感測器並紀錄該值。接著可將測得的值與預程式化的模式及歷史樣本比較以測定瞼位置。接著可啟動一致動器1612中的功能，例如，使可變焦鏡片改變為更近的焦距。該電容器觸控感測器1604可以類似前述光偵測器的物理模式規劃，但可最佳化以偵測瞼位置電容的變化。該感測器以至於整個電子系統將被封裝並與隱形眼鏡含鹽環境隔離。當眼瞼覆蓋一感測器1604，電容的變化將被偵測而非前述環境光的變化。

重要的是要注意，若有需要，ADC與數位訊號處理電路可依照該電容性觸控感測器使用，如參照圖14B的光感測器所說明。

在一例示性實施例中，該電子設備與電子互連是在隱形眼鏡的外圍區而非在光學區。依據一替代例示性實施例，重要的是要注意該電子設備的位置不需限制於該隱形眼鏡的外圍區。本文所述的所有電子組件可利用薄膜技術及/或透明材料來製造。若使用這些技術，只要與該光學器件相容，該電子組件可放置於任何適當的位置。

該數位訊號處理區塊及系統控制器(分別為圖14B中的1416及1412與圖16B中的系統控制器1610)的活動性取決於可用的感測器輸入、環境以及使用者反應。該輸入、反應及判定臨界值可由眼科研究、預程式化、訓練及適應性/學習演算法中的一或多種來測定。例如，眼瞼動作的一般特性可能詳細記載於文獻中、適用於廣泛的使用族群以及預程式化於系統控制器中。然而，一個人對於一般預期反應之偏差可被紀錄於訓練期間或為適應性/學習演算法的一部分，其可持續改善電子眼用裝置操作的反應。在一例示性實施例中，該使用者可在需要聚焦近處時，藉由啟動一手持錶鏈訓練該裝置，該錶鏈可與該裝置通訊。該裝置中的學習演算法可接著在該錶鏈訊號之前或之後參引記憶體中的感測器輸入，以改善內部判定演算法。此訓練期間可持續一天，之後該裝置可僅由感測器輸入自動地操作而不需錶鏈。

人工水晶體或IOL為一植入眼睛中並取代水晶體的鏡片。其可用於有白內障的個人或僅治療各種屈光不正。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中的位置。本文所述任何電子裝置及/或組件可以類似隱形眼鏡的方式併入IOL。

儘管相信所顯示與所描繪的是最實用且最佳的實施例，但對熟悉此項技術者來說，仍可輕易思及偏離所描述且所顯示的特定設計與方法，且以不脫離本發明的精神與範疇之方式加以運用。本發明並不被限制於特定構造所描繪與所說明的，而是應該被構成以符合可落在所附申請專利範圍之範疇內易所有改良。

100‧‧‧隱形眼鏡

101‧‧‧環境光

102‧‧‧光感測器

103‧‧‧電流

104‧‧‧放大器

106‧‧‧類比數位轉換器(ADC)

108‧‧‧數位訊號處理器

110‧‧‧電源

112‧‧‧致動器

114‧‧‧系統控制器

Claims (25)

1. 一種供電眼用鏡片，該供電眼用鏡片包含：一隱形眼鏡，其包含一光學區及一外圍區；以及一眼瞼位置感測器系統，其併入該隱形眼鏡之該外圍區，該眼瞼位置感測器系統包含一感測器陣列，其具有複數個獨立(individual)感測器，其係組構成以一線性陣列的方式配置且沿著在眨眼期間眼瞼運行的方向配置在眼瞼之間以判斷眼瞼位置；一系統控制器，其配置以對該感測器陣列中的各個獨立感測器取樣以偵測眼瞼位置並提供一輸出控制訊號；及至少一致動器，其配置以接收該輸出控制訊號並執行一預定的功能。
2. 根據申請專利範圍第1項所述的供電眼用鏡片，其中該複數個獨立感測器包含光感測器，其用以偵測入射眼睛的光。
3. 根據申請專利範圍第2項所述的供電眼用鏡片，其中該眼瞼位置感測器系統進一步包含一連接至該光感測器之放大器，該放大器係配置以調節來自該光感測器輸出的訊號供下游使用。
4. 根據申請專利範圍第3項所述的供電眼用鏡片，其中該眼瞼位置感測器系統進一步包含一多工器，其配置以接收來自該放大器的多個輸入並輸出一單一訊號。
5. 根據申請專利範圍第4項所述的供電眼用鏡片，其中該眼瞼位置感測器系統進一步包含一類比數位轉換器，其配置以將來自該放大器的類比訊號轉換為一經取樣的數位訊號供進一步訊號處理。
6. 根據申請專利範圍第5項所述的供電眼用鏡片，其中該眼瞼位置感測器系統進一步包含一數位訊號處理器，其配置以接收一來自該類比數位轉換器的輸出並執行數位訊號處理，包含一或多個過濾、處理及偵測經取樣的資料以允許入射光偵測供下游使用。
7. 根據申請專利範圍第6項所述的供電眼用鏡片，其中該數位訊號處理器包含關聯的記憶體。
8. 根據申請專利範圍第1項所述的供電眼用鏡片，進一步包含一電源供應器。
9. 根據申請專利範圍第1項所述的供電眼用鏡片，其中該複數個獨立感測器包含電容性觸控感測器，其用以偵測接觸或接近並輸出一訊號指示該接觸或接近。
10. 根據申請專利範圍第9項所述的供電眼用鏡片，其中該感測器系統進一步包含感測器調節器，其輸出一與電容成比例的訊號供下游使用。
11. 根據申請專利範圍第10項所述的供電眼用鏡片，其中該眼瞼位置感測器系統進一步包含一多工器，其配置以接收來自該感測器導體的多個輸入並輸出一單一訊號至該系統控制器。
12. 根據申請專利範圍第1項所述的供電眼用鏡片，其中該眼瞼位置感測器系統進一步包含一通訊頻道，其用以協調成對的供電隱形眼鏡之間的動作。
13. 一種供電眼用鏡片，該供電眼用鏡片包含：一隱形眼鏡；以及 一眼瞼位置感測器系統，其併入該隱形眼鏡，該眼瞼位置感測器系統包含一感測器陣列，其具有複數個獨立感測器，其係組構成以一線性陣列的方式配置且沿著在眨眼期間眼瞼運行的方向配置在眼瞼之間以判斷眼瞼位置；一系統控制器，其配置以對該感測器陣列中的各個獨立感測器取樣以偵測眼瞼位置並提供一輸出控制訊號；及至少一致動器，其配置以接收該輸出控制訊號並執行一預定的功能。
14. 根據申請專利範圍第13項所述的供電眼用鏡片，其中該複數個獨立感測器包含光感測器，其用以偵測入射眼睛的光。
15. 根據申請專利範圍第14項所述的供電眼用鏡片，其中該眼瞼位置感測器系統進一步包含一連接至該光感測器之放大器，該放大器係配置以調節該光感測器輸出的訊號而供下游使用。
16. 根據申請專利範圍第15項所述的供電眼用鏡片，其中該眼瞼位置感測器系統進一步包含一多工器，其配置以接收來自該放大器的多個輸入並輸出一單一訊號。
17. 根據申請專利範圍第16項所述的供電眼用鏡片，其中該眼瞼位置感測器系統進一步包含一類比數位轉換器，其配置以將來自該放大器的類比訊號轉換為一經取樣的數位訊號而供進一步的訊號處理。
18. 根據申請專利範圍第17項所述的供電眼用鏡片，其中該眼瞼位置感測器系統進一步包含一數位訊號處理器，其配置以接收一來自該類比數位轉換器的輸出並執行數位訊號處理，其包含一或多個過濾、處理及偵測經取樣的資料以允許入射光偵測供下游使用。
19. 根據申請專利範圍第18項所述的供電眼用鏡片，其中該數位訊號處理器包含關聯的記憶體。
20. 根據申請專利範圍第13項所述的供電眼用鏡片，進一步包含一電源供應器。
21. 根據申請專利範圍第13項所述的供電眼用鏡片，其中該複數個獨立感測器包含電容性觸控感測器，其用以偵測接觸或接近並輸出一訊號指示該接觸或接近。
22. 根據申請專利範圍第21項所述的供電眼用鏡片，其中該感測器系統進一步包含感測器調節器，其輸出一與電容成比例的訊號供下游使用。
23. 根據申請專利範圍第22項所述的供電眼用鏡片，其中該眼瞼位置感測器系統進一步包含一多工器，其配置以接收來自該感測器導體的多個輸入並輸出一單一訊號至該系統控制器。
24. 根據申請專利範圍第13項所述的供電眼用鏡片，其中該眼瞼位置感測器系統進一步包含一通訊頻道，用以協調成對的供電隱形眼鏡之間的動作。
25. 一種供電眼用鏡片，該供電眼用鏡片包含：一人工水晶體；以及一眼瞼位置感測器系統，併入該人工水晶體，該眼瞼位置感測器系統包含一感測器陣列，其具有複數個獨立感測器，其係組構成以一線性陣列的方式配置且沿著在眨眼期間眼瞼運行的方向配置在眼瞼之間以判斷眼瞼位置；一系統控制器，其配置以對感 測器陣列中的各個獨立感測器取樣以偵測眼瞼位置並提供一輸出控制訊號；及至少一致動器，其配置以接收該輸出控制訊號並執行一預定的功能。