WO2016195201A1 - 에너지 수확부를 구비한 콘택트 렌즈 - Google Patents

에너지 수확부를 구비한 콘택트 렌즈 Download PDF

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WO2016195201A1
WO2016195201A1 PCT/KR2016/000754 KR2016000754W WO2016195201A1 WO 2016195201 A1 WO2016195201 A1 WO 2016195201A1 KR 2016000754 W KR2016000754 W KR 2016000754W WO 2016195201 A1 WO2016195201 A1 WO 2016195201A1
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contact lens
user
piezoelectric element
sensor
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PCT/KR2016/000754
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안광덕
고준호
문보석
박재현
이영은
한지연
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삼성전자 주식회사
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    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
    • H10N30/871—Single-layered electrodes of multilayer piezoelectric or electrostrictive devices, e.g. internal electrodes

Definitions

  • the present disclosure relates to a contact lens worn directly on the user's eyes, and more particularly to a contact lens having an energy harvesting portion.
  • the technology of supplying electrical energy to contact lenses through ultra-small photovoltaic cells rapidly decreases the charging efficiency in sunlight, and the wireless charging method is not free from controversy about human exposure to electromagnetic radiation, and thin film batteries have low energy storage efficiency.
  • the present disclosure seeks to provide a method that can provide electrical energy to the sensor of the contact lens while solving this problem.
  • a contact lens may include a lens unit worn on an eye of a user; A sensor unit detecting biometric information of the user; And a power supply unit converting the mechanical motion generated by the movement of the eye portion into electrical energy and supplying the electrical energy to the sensor unit.
  • the lens portion has a concave surface and a convex surface, wherein the concave surface may contact the corneal surface of the eye.
  • the sensor unit may be driven to detect biometric information of the user when the amount of electrical energy harvested from the power unit is equal to or greater than the amount of power that can be sensed.
  • the contact lens may further include a communication unit configured to transmit the biometric information detected by the sensor unit to an external electronic device, and a controller configured to control the sensor unit and the communication unit and to process a signal detected by the sensor unit.
  • the controller may attempt to connect to an external device by driving the communication unit when the amount of electrical energy harvested from the power supply unit is equal to or greater than the communicable power amount.
  • the controller may attempt to access an external device by driving the communication unit when the number of blinks of the user is equal to or greater than the reference number of times.
  • the biometric information detected by the sensor unit may be included in a biomaterial included in a user's blood sugar level, number of eye blinks and blinks, duration of eye blinks, pattern of eye blinks, eye movements, tears, body temperature, pulse rate, and tears. At least one of the information about the.
  • the contact lens may further include a display unit configured to output information detected by the sensor unit or information received from an external electronic device.
  • the contact lens may further include a memory that stores information detected by the sensor unit or information received from an external electronic device.
  • a memory may be nonvolatile memory.
  • the power supply unit may include an energy harvesting unit for harvesting mechanical motion generated by the movement of at least one of the eye and the eyelid of the user as electrical energy.
  • the energy harvesting unit collects electrical energy generated by deformation of the piezoelectric layer in contact with the first piezoelectric layer and the first piezoelectric layer which is warped by movement of at least one of the user's eyes and eyelids. It may include a first piezoelectric element comprising a first and a second electrode.
  • the first and second electrodes may be spaced apart from each other on the first surface of the first piezoelectric layer.
  • the first and second electrodes may face each other, and may be arranged in an alternating sequence, each extending in a plurality of points and extending toward each other.
  • each of the first and second electrodes may be provided on a first surface of the first piezoelectric layer and a second surface opposite to the first surface.
  • At least one of the first and second electrodes may be formed of any one of a lattice pattern, a zigzag pattern, and a comb electrode pattern.
  • the first electrode is formed to extend in a first direction at a plurality of points on the first surface of the first piezoelectric layer
  • the second electrode An electrode may be formed to extend in a second direction at a plurality of points on the second surface of the first piezoelectric layer.
  • the first direction and the second direction may be the same or different.
  • the energy harvesting unit further includes a second piezoelectric element including a second piezoelectric layer and third and fourth electrodes contacting the second piezoelectric layer to collect electricity generated by deformation of the second piezoelectric layer. can do.
  • the first and second piezoelectric elements may have a stacked structure. Any one of the third and fourth electrodes may be common with any one of the first and second electrodes.
  • the contact lens may include a circuit layer in which the sensor unit is provided and a piezoelectric element layer in which the first piezoelectric element is provided.
  • the layer provided with the sensor unit and the layer provided with the first piezoelectric element may be different layers.
  • the piezoelectric element layer may be stacked to be located farther from the circuit layer with respect to the surface directly contacting the eyes of the lens unit. In other words, the piezoelectric element layers may be stacked to be positioned at the outer side when the contact lens is worn.
  • the contact lens may further include a spacer positioned between the circuit layer and the piezoelectric element layer or between the circuit layer and the lens unit.
  • the spacer minimizes the transmission of external force due to the movement of the user's eyes or eyelids to the circuit layer so that warpage may be more effectively generated in the piezoelectric element layer.
  • Such spacers may be an air layer, a liquid layer, or a very flexible soft material layer.
  • the sensor unit and the first piezoelectric element may be provided on the same layer.
  • the first piezoelectric layer may be provided in a central region of the lens unit, and the sensor unit may be provided in an outer region of the lens unit.
  • the power supply unit may further include a power storage unit and a rectifier circuit.
  • the power storage may include a capacitor, such as a miniature super capacitor. Such a capacitor may be provided along an outer circumference of the lens unit. Alternatively, the capacitor may be provided in one region outside the lens unit.
  • the sensor unit may include at least one of a bio sensor, a light detection sensor, a gyro sensor, and an inertial sensor.
  • the biosensor can be, for example, a blood sugar detection sensor.
  • the sensor unit may detect a movement of the user's eyes.
  • the sensor unit may include at least one of a gyro sensor and an inertial sensor to detect movement of an eye of a user.
  • the sensor unit may detect eye blink of a user.
  • the sensor unit may count the number of blinks from the waveform of power generated by the movement of the eyelids.
  • the sensor unit may include a photodetecting sensor, and count the number of blinks by counting the blocking of external light according to the blinking.
  • a lens unit is worn on an eye of a user of a contact lens; A sensor unit detecting biometric information of a user; And a power supply unit configured to convert biochemical energy into electrical energy through a reaction with an electrode with tears in the eye area to supply electrical energy to the sensor unit.
  • the power supply unit the collecting unit for collecting the tears of the eye area; It includes an electrode provided in at least a portion of the collecting unit, it is possible to convert the biochemical energy into electrical energy through the reaction of the tear collected in the collecting unit and the electrode.
  • This power source can be understood as a biofuel cell using tears in the eye area.
  • the collecting part may include a micro tear tube having one end exposed to the outside of the lens unit, and a micro tube connected to the micro tear tube and provided with the electrode.
  • the fine tube is formed in an annular shape, the fine tear tube may be formed in the radial direction from the edge of the lens portion to the fine tube.
  • an electronic device may include a communication unit communicating with a contact lens; And a control unit processing the information received from the contact lens.
  • the information received from the contact lens by the electronic device is information about the eye movement of the user
  • the controller is configured to determine the direction and the movement of the eye movement of the user based on the information about the eye movement of the user.
  • At least one of the degrees may be extracted, and a first control command corresponding to at least one of the direction and the degree of movement of the eye of the user may be generated.
  • the first control command may be a control command for the electronic device itself or a control command for another electronic device.
  • the information received from the contact lens by the electronic device is information about eye blink of the user
  • the control unit based on the information about the eye blink of the user, the number of blinks per unit time and the duration of eye blinks. At least one of the time may be extracted, and a second control command corresponding to at least one of the number of blinks per unit time and the duration of the blink may be generated.
  • the second control command may be a control command for the electronic device itself communicating with the contact lens or a control command for another electronic device.
  • the information received from the contact lens by the electronic device is information on a user's blink
  • the controller detects the user's fatigue based on the information on the user's blink, If larger than the reference value, the third control command may be generated.
  • the third control command may be a control command for generating an alarm for notifying the user of the warning.
  • the information received from the contact lens by the electronic device is information about a pattern of eye blinks of a user, and the controller generates a fourth control command based on the information about the pattern of eye blinks of the user.
  • the pattern of blinking may be composed of a combination of short and long blinks, and may be represented by Morse code by combining the short and long blinks with a morse code.
  • the electronic device may display a character or a sentence corresponding to the pattern of the user's blink or output through the speaker.
  • the electronic device may be a mobile phone, a smart phone, a tablet computer, a personal digital assistant (PDA), a laptop computer, a personal computer, a television, a game device, a remote controller, and a car.
  • PDA personal digital assistant
  • a method of driving a contact lens includes a lens unit worn on an eye of a user; A sensor unit provided in the lens unit to detect biometric information of a user; A power supply unit provided in the lens unit and converting mechanical motion generated by movement of the eye portion into electrical energy to supply the electrical energy to the sensor unit, wherein the power supply unit is configured to drive a contact lens. And harvesting the electrical energy from the eye portion and driving the sensor unit using the harvested electrical energy.
  • the sensor When the amount of harvested electrical energy is equal to or greater than the amount of power available for sensing, the sensor may be driven.
  • the amount of harvested electrical energy is equal to or greater than the amount of communicable power, it may attempt to connect to an external device.
  • the user may attempt to access an external device.
  • a method of driving a contact lens may include: connecting to an external device; Determining whether to transmit the stored data together with the real-time data to the external device; And transmitting the stored data together with the real time data to the external device, if the stored data is not transmitted together, transmitting the real time data detected by the sensor in real time to the external device, and transmitting the stored data together. It may include;
  • a method of driving a contact lens includes: requesting a connection to an external device; Transmitting data when receiving a connection response from the external device; And resetting the memory when receiving the reception completion response from the external device.
  • a method of driving a contact lens may include: responding to a connection when a connection request is received from an external device; Transmitting data when receiving a data transmission command from the external device; And resetting the memory when receiving the reception completion response from the external device.
  • a method of driving a contact lens may include: power-on response when wireless power is transmitted from an external device; Transmitting data when receiving a data transmission command from the external device; And resetting the memory when receiving the reception completion response from the external device.
  • a method of driving a contact lens includes: attempting to connect a second contact lens to an external device; Determining whether there is a connection of the first contact lens when the connection of the second contact lens to the external device fails; And if the first contact lens is connected, the connection may be retried after a predetermined time has elapsed.
  • a method of driving a contact lens includes: counting blinking eyes; And driving the light emitting device when the number of blinks reaches a preset value. In another embodiment, a method of driving a contact lens includes: counting blinking eyes; And transmitting information on the number of blinks to an external electronic device when the number of blinks reaches a preset value.
  • a method of driving a contact lens includes detecting a pattern of blinking eyes; And transmitting information on the blink pattern to an external electronic device.
  • the detecting of the pattern of the eye blink may detect the pattern of the eye blink by distinguishing between the short and the long duration of the eye blink according to the duration of the eye blink.
  • the sensor of the first contact lens and the sensor of the second contact lens may detect the same or different types.
  • the first contact lens may track the wearer's eye
  • the second contact lens may track the wearer's eye blink.
  • the contact lens according to the disclosed embodiment can produce electrical energy by itself by providing an energy harvesting unit.
  • the energy harvesting unit does not increase the thickness of a conventional contact lens significantly, it is possible to secure a user's wearing comfort.
  • FIG. 1 is a plan view schematically illustrating a contact lens according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the contact lens of FIG. 1 taken along line II ′.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the contact lens of FIG. 1 taken along line II ′.
  • FIG. 3 is a block diagram schematically illustrating a configuration of an electronic element of the contact lens of FIG. 1.
  • FIG. 4 shows a plan view of the piezoelectric element of the contact lens of FIG. 1.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the piezoelectric element layer of FIG. 4 taken along the line II-II '.
  • FIG. 6 is a circuit diagram illustrating an example of a rectifying circuit unit in the contact lens of FIG. 1.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating an operation of current collection in the contact lens of FIG. 1.
  • 8A and 8B illustrate the operation of current collection in the contact lens of FIG. 1.
  • FIG. 9 is a graph illustrating a voltage signal generated in the piezoelectric element of FIG. 3.
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating a method of driving the contact lens of FIG. 1.
  • FIG. 11 illustrates a plan view of a piezoelectric element of a contact lens according to another embodiment.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of the piezoelectric element of FIG. 11 taken along line III-III ′.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of the piezoelectric element of FIG. 11 taken along line III-III ′.
  • FIG. 13 illustrates a plan view of a piezoelectric element of a contact lens according to still another embodiment.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view of the piezoelectric element of FIG. 13 taken along line IV-IV '.
  • FIG. 15 shows a side view of a contact lens according to another embodiment.
  • FIG. 16 illustrates a top view of a contact lens according to another embodiment.
  • FIG 17 shows a side view of a contact lens according to another embodiment.
  • FIG. 18 shows a side view of the piezoelectric element of FIG.
  • 19 is a plan view schematically illustrating a contact lens according to still another embodiment.
  • 20 is a plan view schematically illustrating a contact lens according to still another embodiment.
  • FIG. 21 is a block diagram schematically illustrating a configuration of an electronic element of the contact lens of FIG. 20.
  • FIG. 22 illustrates an example of a display unit of the contact lens of FIG. 20.
  • FIG. 23 is a plan view schematically illustrating a contact lens according to still another embodiment.
  • FIG. 24 is a cross-sectional view of the contact lens of FIG. 23.
  • 25A and 25B are enlarged views of examples of the biofuel cell of the contact lens of FIG. 20.
  • 26 illustrates a system including a contact lens according to one embodiment.
  • 27A-27F illustrate a method of manufacturing a contact lens according to one embodiment.
  • 28A and 28B illustrate a method of manufacturing a contact lens according to another embodiment.
  • 29A-29D illustrate a method of manufacturing a contact lens according to another embodiment.
  • FIG. 30 is a flowchart illustrating a method of driving a contact lens according to an embodiment.
  • FIG. 31 is a flowchart illustrating an example of data transmission in the flowchart of FIG. 30.
  • 32 is a flowchart illustrating a method of driving a contact lens according to another embodiment.
  • FIG 33 is a flowchart illustrating a method of operating a system including a contact lens, according to an exemplary embodiment.
  • 34 is a flowchart illustrating a method of operating a system including a contact lens according to another embodiment.
  • 35 is a flowchart illustrating a method of operating a system including a contact lens according to another embodiment.
  • 36 is a flowchart illustrating a method of operating a system including a contact lens, according to another embodiment.
  • 38 illustrates a system including a contact lens according to another embodiment.
  • FIG. 39 is a flowchart illustrating a method of operating the system of FIG. 38.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically illustrating a contact lens according to an embodiment
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the contact lens of FIG. 1 taken along line II ′.
  • a contact lens 100 includes a lens unit 110 directly worn on a user's (wearer's) eye, and an electronic device unit provided in the lens unit 110. 120.
  • the lens unit 110 is a layer that is responsible for refraction of the contact lens 100, and has a concave surface and a convex surface, and the concave surface may contact the corneal surface of the eye.
  • the shape of the lens unit 110 may have a known contact lens shape.
  • the lens unit 110 may be formed of a material of a known contact lens.
  • a soft lens may be formed of a soft polymer
  • a hard lens may be formed of a hard polymer.
  • the electronic device unit 120 includes a sensor unit 130, a display unit 135, a sensor unit 130, and a power supply unit 140.
  • the power supply unit 140 includes a piezoelectric element 150, a rectifier circuit 160, and a power storage unit 165.
  • the electronic device 120 may be formed as a circuit thin film on the substrate 121 through a thin film manufacturing process.
  • the substrate 121 may be formed of a transparent and flexible material.
  • the substrate 121 may be a known polymer material such as polycarbonate (PC), polyester (PET), polyethylenenapthalate (PEN), or polyethersulfone (PES).
  • the substrate 121 may have a disc shape.
  • the piezoelectric element 150 of the circuit elements of the electronic device 120 is disposed at the center of the substrate 121, and other elements except for the piezoelectric element 150 (that is, the sensor unit 130 and the display unit 135).
  • the rectifier circuit 160 and the power storage unit 165 may be disposed around the periphery of the piezoelectric element 150. According to the arrangement, the piezoelectric element 150 may secure a large area, and the refraction of transmitted light by the sensor unit 130, the display unit 135, the rectifier circuit unit 160, and the power storage unit 165 may be reduced. Blocking can be suppressed.
  • the electronic device unit 120 may be formed of a transparent material or may be formed to be transparent by making it very thin.
  • the electronic device 120 may be formed of a thin film having a thickness of several tens to several hundred ⁇ m.
  • the circuit elements with low transparency may be disposed around the outer circumference of the piezoelectric element 150 as described above, thereby ensuring transparency of the contact lens 100. Can be.
  • the electronic device unit 120 may be located inside the lens unit 110. In some cases, a part of the electronic device 120 may be exposed to the outside of the lens unit 110. For example, when the sensor unit 130 of the electronic device unit 120 is a sensor that detects a biological material included in a tear of a user, such as a blood sugar detection sensor, the detection surface of the sensor is exposed to the outside of the lens unit 110. do.
  • the electronic device unit 120 may be manufactured separately from the lens unit 110 and inserted into the lens unit 100.
  • the lens unit 110 may be formed of an integral polymer mold, or two layers may be bonded to each other with the electronic device unit 120 interposed therebetween.
  • the lens unit 110 may be formed in a curved surface to have a predetermined refractive power. In some cases, the lens unit 110 may be designed not to have refractive power. A more detailed manufacturing method will be described later.
  • 3 is a block diagram schematically illustrating the configuration of the electronic device unit 120.
  • the sensor unit 130 detects biometric information of a user.
  • the voltage waveform issued by the piezoelectric element 150 of the power supply unit 140 may correspond to the blinking of the user, and the sensor unit 130 may determine the user from the voltage waveform issued by the piezoelectric element 150. Blinking can be detected. In addition, the sensor unit 130 may count blinking.
  • the display unit 135 may include a light emitting device and a driving circuit of the light emitting device. Depending on the light emitting device, the driving circuit may be omitted.
  • the light emitting device may be, for example, a light emitting diode (LED) or an organic light emitting diode (OLED).
  • the light emitted from the light emitting device is diffused while being reflected inside the lens unit 110 and is incident on the pupil of the user so that the user can recognize the lighting of the light emitting device.
  • the light emitting device of the display unit 135 is turned on based on the information of the user detected by the sensor unit 130 to inform the user of the predetermined information.
  • a memory unit 137 of FIG. 5 may be additionally provided to store information of the user detected by the sensor unit 130.
  • the memory unit 137 may count one by one each time the sensor unit 130 detects eye blinks and store the number of eye blinks.
  • the memory unit 137 may use an inactive memory so that stored information does not disappear even when power is not supplied.
  • the number of blinks may be directly counted in the circuit of the sensor unit 130 or the display unit 135, in which case the memory unit may be omitted.
  • the power storage unit 165 may be a capacitor.
  • the power storage unit 165 may have a super capacitor structure having a design that maximizes the area of the two electrodes facing each other.
  • the power storage unit 165 may increase the storage capacity of the electrical energy in proportion to the area occupied.
  • the power storage unit 165 may be formed in a ring shape along the circumference of the piezoelectric element 150 as illustrated in FIG. 1.
  • the piezoelectric element 150 is an example of an energy harvesting unit that converts, ie, harvests, mechanical energy generated by movement of an eye part of a user.
  • the eye region is used as a term referring to not only the eye itself but also at least one of eyelids, tear tubes, tears on the surface of the eye, and external eye muscles (external eye muscles).
  • Mechanical energy is an energy determined by a dynamic state, which can be called a mechanical energy. It is a sum of kinetic energy and potential energy of an object. When there is no friction, the laws of mechanical energy conservation are applied.
  • FIG. 4 is a plan view illustrating the piezoelectric element 150 of the contact lens of FIG. 1, and FIG. 5 is a cross-sectional view of the piezoelectric element 150 of FIG. 4 taken along the line II-II ′.
  • the piezoelectric element 150 contacts the piezoelectric layer 151 and the piezoelectric layer 151 to collect electricity generated by deformation of the piezoelectric layer 151.
  • Second electrodes 152 and 153 are included.
  • the piezoelectric layer 151 may be formed of a piezoelectric material such as BaTiO 3 , lead zirconate titanate (PZT), or polyvinylidene fluoride (PVDF).
  • the piezoelectric layer 151 may be formed to have a thickness of several ⁇ m to several tens of ⁇ m, so that the piezoelectric layer 151 may be transparent and flexible to visible light. As described below, the piezoelectric layer 151 is deformed by the pressure applied to the contact lens 100 itself worn between the eyelids and the eyes according to the movement of the eyelids to produce electrical energy.
  • the first and second electrodes 152 and 153 are formed of a conductive material.
  • the first and second electrodes 152 and 153 may be a conductive metal such as gold or silver, a transparent conducting oxide (TCO) such as indium tin oxide (ITO), It may be formed of an amorphous metal oxide material such as ZnO, InO, GaO, SnO, or the like.
  • the first and second electrodes 152 and 153 may be formed of a single or multiple transparent electrode materials such as silver nanowires, carbon nanotubes (CNTs), graphene, and conductive polymers. May be used.
  • the first and second electrodes 152 and 153 may be spaced apart from each other on the piezoelectric layer 151 as shown in FIG. 4.
  • first and second electrodes 152 and 153 may face each other, and may have a comb electrode structure that is alternately disposed to extend in a long direction toward each other at a plurality of points.
  • the spacing D1 of the first and second electrodes 152 and 153 is proportional to the voltage of the electrical energy collected by the piezoelectric element 150, and may be determined according to the required voltage.
  • the spacing D1 of the first and second electrodes 152 and 153 may be determined within a range of 100 ⁇ m to 500 ⁇ m.
  • the first and second electrodes 152 and 153 are mutually proportional to the magnitude of the current of electrical energy collected in the region (length) of the first and second electrodes 152 and 153 facing each other.
  • the opposing area (length) can be secured long to satisfy the required magnitude of current.
  • alternating arrangements of the first and second electrodes 152 and 153 may form a lattice pattern to perform the function of grating (eg, polarization filtering).
  • the width T of the first and second electrodes 152 and 153 may be appropriately designed according to the transparency of the material forming the first and second electrodes 152 and 153. For example, if the transparency of the material constituting the first and second electrodes 152 and 153 is low, the width of the first and second electrodes 152 and 153 may be made thin to secure the required transparency.
  • FIG. 6 is a circuit diagram showing the rectifier circuit 160 in the contact lens 100 of the present embodiment.
  • reference numerals 154 and 155 denote electrode pads electrically connected to the first and second electrodes 152 and 153 of the piezoelectric element 150.
  • the rectifier circuit 160 may be configured as a bridge circuit composed of a diode 161.
  • the rectifier circuit 160 rectifies the alternating voltage of the electrical energy generated by the piezoelectric element 150 and stores the alternating voltage in the power storage unit 165.
  • the bridge circuit shown in FIG. 6 is an example of the rectifier circuit unit 160.
  • the embodiment is not limited thereto, and a well-known rectifier circuit may be employed.
  • FIG. 7 shows a current in the contact lens 100.
  • FIGS. 8A and 8B are diagrams illustrating the operation of current collection in the contact lens 100 of the present embodiment
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a voltage signal generated in the piezoelectric element 150. It is a graph. 8A and 8B, reference numeral EL denotes an eyelid, reference numeral T denotes a tear, E denotes an eye, and P denotes a pupil.
  • the piezoelectric element 150 When pressure is applied to the piezoelectric element 150, the crystal structure of the piezoelectric layer 151 is deformed (S207), an excited state is generated (S208), and electrons are first and first due to electromotive force caused by the generated excited state. It is moved to the two electrodes (151, 152) (S209).
  • the piezoelectric layer 151 of the piezoelectric element 150 generates alternating voltages by repeating the bending and unfolding operation by the movement of the eyelids (S210). For example, the piezoelectric layer 151 is bent by the movement of the eyelids, and thus the piezoelectric element 150 generates a positive voltage, and the piezoelectric layer 151 is unfolded by the movement of the eyelids.
  • the piezoelectric element 150 may generate a negative voltage. As such, the blinking of the eyelid may cause the voltage to be approximately alternated between the positive voltage and the negative voltage once. In addition to the movement of the eyelid as described above, there may be a factor that may cause warpage of the piezoelectric element 150 in the eye region, such as the movement of the eye, the piezoelectric element 150 may be able to produce electrical energy by these factors. will be.
  • the electrical energy generated by the piezoelectric element 150 is rectified through the rectifier circuit 160, stored in the power storage unit 165, and may supply electrical energy to the sensor unit 130 (S211).
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating a method of driving the contact lens of FIG. 1.
  • the power supply unit 140 that is, the piezoelectric element 150, the rectifier circuit unit 160, and the power storage unit 165 of the present exemplary embodiment may all be configured as passive devices
  • the user may contact the contact lens 100.
  • the piezoelectric element 150 When worn, it is possible to immediately produce electrical energy by the piezoelectric element 150 without a separate operation or control (S210).
  • the sensor unit 130 detects blinking by using the produced electrical energy (S220).
  • the electrical energy produced by the piezoelectric element 150 reaches the minimum amount of power (hereinafter, the amount of power available for sensing) required to drive the sensor unit 130, the sensor unit 130 may be driven automatically.
  • the sensor unit 130 may count and distinguish eye blinks by counting peaks in a waveform (see FIG. 9) of a voltage generated by the piezoelectric element 150.
  • the sensor unit 130 may include a separate photodiode (not shown) to detect eye blink. For example, when the eyelid is closed, light is blocked, and when the eyelid is opened, light reaches the photodiode, so that the blinking can be detected by the photodiode.
  • the memory unit 137 stores the number of blinks (S230). Each time the blink is detected, the number of blinks stored in the memory unit 137 is increased by one. This count of blinks can be repeated over and over. When the number of blinks reaches the reference number of times, the light emitting device of the display unit 135 is driven (S250), the value stored in the memory unit 137 is reset (S260), and the count of blinks is repeated again.
  • the number of blinks varies somewhat from person to person, but in normal life the normal person is about 15 to 20 times per minute. Therefore, an approximate time count can be performed based on the number of blinks. For example, when the number of blinks detected by the sensor unit 130 reaches the reference number of times, the contact lens 100 may emit light of the light emitting element of the display unit 135 to notify the user of the passage of a predetermined time. .
  • the contact lens 100 of the present embodiment may be used when it is necessary to periodically inform the user of the passage of time. For example, when a dangerous job or a repetitive job is performed, the user may be notified of the passage of a predetermined time to inform that the user has reached a turn to warn or follow up.
  • the piezoelectric element 150 has the first and second electrodes 151 and 152 formed on the same surface of the piezoelectric layer 151, but is not limited thereto.
  • FIG. 11 illustrates a plan view of a piezoelectric element 350 of a contact lens according to another exemplary embodiment
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of the piezoelectric element 350 of FIG. 11 taken along line III-III '.
  • the piezoelectric element 350 includes a piezoelectric layer 151 and first and second electrodes 352 and 353 provided on both surfaces of the piezoelectric layer 151.
  • the first and second electrodes 352 and 353 may be formed in a grid pattern as shown in FIG. 11.
  • Reference numerals 352a and 254 denote pads and via holes for wiring the first electrode 352 formed on the upper surface, respectively.
  • the space between the grids may act as a pinhole effect.
  • the pinhole effect refers to an effect of blocking a portion of light from various paths and preventing the image from being generated at various positions so that the image can be seen clearly.
  • the electrode patterns of the first and second electrodes 352 and 353 may be designed in consideration of the pinhole effect.
  • the grid gaps G1 and G2 of the electrode patterns of the first and second electrodes 352 and 353 may be designed to be equal to or greater than 100 ⁇ m so as to secure a pinhole effect with respect to visible light. .
  • FIG. 13 is a plan view illustrating a piezoelectric element of a contact lens according to still another embodiment
  • FIG. 14 is a cross-sectional view of the piezoelectric element of FIG. 13 taken along line IV-IV ′.
  • the piezoelectric element 450 includes a piezoelectric layer 151 and first and second electrodes 452 and 453 provided on both surfaces of the piezoelectric layer 151.
  • the first electrode 452 has a comb electrode shape formed to extend in a first direction at a plurality of points on one surface of the piezoelectric layer 151
  • the second electrode 453 may be formed on the rear surface of the piezoelectric layer 151. It may have a comb electrode shape formed to extend in the second direction at the point of.
  • the first direction and the second direction may be orthogonal to each other.
  • the first and second electrodes 452 and 453 cooperate to form a lattice pattern when viewed from above, as shown in FIG. 1.
  • the gap G1 ′ of the first electrode 452 and the gap G2 ′ of the second electrode 453 may be designed in consideration of the pinhole effect.
  • the grid gaps G1 'and G2' of the electrode patterns of the first and second electrodes 452 and 453 may be designed to be equal to or greater than 100 ⁇ m so as to secure a pinhole effect with respect to visible light. Can be.
  • the case in which the extending direction of the first electrode 452 and the extending direction of the second electrode 453 are orthogonal is described as an example, but is not limited thereto.
  • an extending direction of the first electrode 452 and an extending direction of the second electrode 453 may be parallel to each other, or an extending direction of the first electrode 452 and an extending direction of the second electrode 453. May be an acute (or obtuse) angle rather than 90 degrees.
  • first and second electrodes 452 and 453 are elongated at a plurality of points, the present embodiment is described as an example, but the present invention is not limited thereto.
  • the first and second electrodes 452 and 454 may be formed in a zigzag pattern.
  • the sensor unit 130, the rectifier circuit 160 of the power supply unit 140, and the power storage unit 165 are provided on the same layer as the piezoelectric element 150.
  • the present invention is not limited thereto.
  • 15 illustrates a cross-sectional view of a contact lens 500 according to another embodiment.
  • the circuit thin film 520 constituting the electronic device portion may have a double layer structure of the circuit layer 521 and the piezoelectric element layer 522.
  • the piezoelectric element layer 522 may be located farther than the circuit layer 521 based on the surface 110b of the lens unit 110 directly contacting the eyes of the user. In other words, the piezoelectric element layer 522 is positioned on the side exposed to the outside when the contact lens 500 is worn by the user, so that the piezoelectric element layer 522 may be more effectively deformed in response to the movement of the eyelids. Can be.
  • the circuit layer 520 may include all of the sensor unit 130 of FIG. 1, the rectifier circuit 160 of FIG. 1, and the power storage unit 165 of FIG. 1.
  • Various circuit elements of the circuit layer 520 may be located outside the circuit layer 520 to improve the transparency of the contact lens, but are not limited thereto.
  • the circuit elements having the transparency may be located at the center portion.
  • transparency means transparency in the visible light band, and even if there are some opaque parts, it may be sufficient that the user does not have inconvenience when using the contact lens.
  • the contact lens 500 described with reference to FIG. 15 has been described using a double layer structure of the circuit layer 521 and the piezoelectric element layer 522 as an example, but is not limited thereto. Some circuit elements constituting the circuit layer 521 may be formed in the piezoelectric element layer 522.
  • 16 shows a top view of a contact lens 501 according to another embodiment. Referring to FIG. 16, the rectifier circuit 560 and the power storage unit 565 may be formed on the same layer as the piezoelectric element 550. The piezoelectric element 550 may be provided in the center region of the contact lens 501, and the rectifier circuit 560 and the power storage unit 565 may be provided in the outer region of the contact lens 501. Further, the power storage unit 565 may be an annular capacitor formed along the circumference of the piezoelectric element 550.
  • the sensor unit (not shown) may be provided in the circuit layer 520 of FIG. 15, as shown in FIG. 15.
  • the piezoelectric element 150 has a case in which the piezoelectric layer 151 has a single layer, but is not limited thereto.
  • 17 shows a side view of a contact lens 600 according to another embodiment
  • FIG. 18 shows a side view of the piezoelectric element layer 650 of FIG. 17.
  • the circuit thin film 620 constituting the electronic device portion of the contact lens 600 of the present embodiment has a double layer structure of a circuit layer 630 and a piezoelectric element layer 650.
  • the piezoelectric element layer 650 includes a first piezoelectric element layer 651 and a second piezoelectric element layer 652.
  • the piezoelectric element layer 650 may be located farther than the circuit layer 630 based on a surface of the lens unit 110 directly contacting the eyes of the user.
  • the first piezoelectric element layer 651 and the second piezoelectric element layer 652 may be stacked on the circuit layer 630.
  • the first piezoelectric element layer 651 includes a first piezoelectric layer 651a and first and second electrodes 653 and 854 provided on both surfaces of the first piezoelectric layer 651a and includes a second piezoelectric element layer (
  • the 652 may include a second piezoelectric layer 652a and first and third electrodes 653 and 855 provided on both surfaces of the second piezoelectric layer 652a.
  • the first electrode 653 is between the first piezoelectric element layer 651 and the second piezoelectric element layer 652, and is common to the first and second piezoelectric element layers 651 and 852.
  • the electrodes of the first and second piezoelectric element layers 651 and 852 may be formed in only one layer for each, similarly to the electrode structure shown in FIG.
  • the circuit layer 630 may include all of the sensor unit 130 of FIG. 1, the rectifier circuit 160 of FIG. 1, and the power storage unit 165 of FIG. 1.
  • Various circuit elements of the circuit layer 630 may be located outside the circuit layer 630 to improve the transparency of the contact lens, but are not limited thereto.
  • the various circuit elements of the circuit layer 630 the circuit elements having the transparency may be located at the center portion.
  • circuit layer 630 and the piezoelectric element layer 650 are provided on different layers is described as an example, but is not limited thereto. Some circuit elements constituting the circuit layer 630 may be provided on the same layer as the piezoelectric element layer 650. In this case, the sensor unit layer 630 may be provided around the outer periphery of the piezoelectric element layer 650.
  • the piezoelectric element layer 650 has a two-layer structure as an example, but is not limited thereto. Those skilled in the art will be able to easily derive a structure having a multilayer structure of three or more layers from the piezoelectric element layer 650 of the two-layer structure of this embodiment.
  • 19 is a plan view schematically illustrating a contact lens 700 according to another embodiment.
  • the circuit thin film 720 constituting the electronic device portion includes a circuit layer 7930, a spacer 770, and a piezoelectric element layer 650.
  • the spacer 770 may be provided between the circuit layer 730 of the circuit thin film 720 and the lens unit 110. Alternatively, the spacer 770 may be located between the piezoelectric element layer 750 and the circuit layer 730 in the circuit thin film 720.
  • the spacer 770 may be an air layer, a liquid layer, or a very flexible soft material layer.
  • the spacer 770 may have a plurality of pillars (not shown) so that the space between the upper and lower layers having the spacer 770 therebetween can be maintained.
  • the spacer 770 reduces the deformation force generated by the movement of the eyelid to the rear side of the lens unit 110 or the circuit layer 730, so that the piezoelectric element layer 750 positioned thereon moves the eyelid. It can play a role in making the transformation better.
  • FIG. 20 is a plan view schematically illustrating a contact lens 800 according to another embodiment
  • FIG. 21 is a block diagram of the electronic device unit 820 of the contact lens 800 of FIG. 20.
  • the contact lens 800 includes a lens unit 810 and an electronic device unit 820 provided in the lens unit 810.
  • the electronic device unit 820 includes a sensor unit 830, a control unit 833, a display unit 835, a memory unit 837, a communication unit 838, and a power supply unit 840.
  • the sensor unit 830, the control unit 833, the display unit 835, the memory unit 837, and the communication unit 838 transmit and receive information or control commands through a data bus, and supply power from the power supply unit 840. Receive.
  • the rest of the configuration (for example, the lens unit 810, etc.) except for the configuration of the electronic device unit 820 may be substantially the same as the configuration of the above-described embodiments, a description thereof will be omitted.
  • the configuration of the power supply unit 840 may also be substantially the same as the configuration of the above-described embodiments, a description thereof will be omitted.
  • the sensor unit 830 detects user information and may include, for example, at least one of a bio sensor, a light detection sensor, a gyro sensor, an inertial sensor, and a geomagnetic sensor.
  • the biosensor may be a sensor for detecting a biomaterial included in a tear of a user, for example, a blood sugar detection sensor.
  • the sensor unit 830 may include at least one of a MEMS type gyro sensor and a MEMS type inertial sensor (or an acceleration sensor) to detect eye movement of a user.
  • the sensor unit 830 may track the eyes of the user by detecting the eye movement of the user.
  • the contact lens includes a gyro sensor and a 3-axis acceleration sensor as a sensor unit 830, and tracks the movement of the pupil or moves the pupil by using a signal detected from the gyro sensor and the 3-axis acceleration sensor. The location may be detected.
  • An acceleration sensor is a sensor that measures a specific force.
  • the z-axis of the accelerometer outputs -g when the + direction of the z-axis represents the center of the earth.
  • gravity affects not only the z-axis acceleration sensor but also the x- and y-axis acceleration sensors.
  • a gyro sensor for measuring a rotation angle may be used in combination in case the contact lens moves in an arbitrary direction.
  • a MEMS type gyro sensor of 1deg / hr (a posture changes by 1 degree in an input state for 1 hour) may be used according to an algorithm for processing a signal.
  • MEMS-type gyro sensors generally measure the rotational angular velocity and can read the rotational angular velocity at each sampling. That is, the rotation angle may be given as the product of the measured rotation angle velocity of the gyro sensor and the sampling time.
  • the position of the contact lens was initially detected in a roll. It can be tracked through an update of the process of accumulating the rotation angle calculated by the gyro sensor from the pitch and yaw angles.
  • the acceleration sensor in combination with the gyro sensor, the cumulative error of the gyro sensor can be compensated.
  • the acceleration sensor can directly detect the roll and the pitch using the output of the sensor, so there is no need to perform integration over time.
  • the accumulation of the error according to the operating time may not occur except for the temperature and the random walk noise.
  • the yaw value that can be detected by the gyro sensor may also generate a cumulative error.
  • a Kalman filter using a geomagnetic sensor may compensate the cumulative error of the yaw value.
  • the sensor unit 830 blinks from the waveform of the voltage generated in the piezoelectric element 850 in consideration that the alternating waveform of the voltage generated in the piezoelectric element 850 corresponds to the blinking of the eyelid. You can count the number of times.
  • the sensor unit 830 may include a photodetector sensor such as a photodiode to count the number of blinks from a signal input to the photodetector sensor. Although the number of blinks per hour varies personally, the number of blinks per hour in a calm state can be constant for the wearer.
  • the number of blinks may be used as an approximate time reference.
  • the number of blinks may vary depending on the wearer's fatigue state, tension state, and the like. Therefore, as described below, the current state of the wearer may be grasped by periodically transmitting information on the number of blinks to an external device interworking with the contact lens.
  • the sensor unit 830 may detect the duration of the user's blink or the time interval between the blink and the blink.
  • the controller 833 controls the overall operation of the contact lens.
  • the controller 833 may control the sensor unit 830, the display unit 835, the communication unit 838, and the like by executing programs stored in the memory 837.
  • the controller 833 may count the blinking of the blinking waveform from the waveform of the voltage generated by the piezoelectric element 850 to store the number of blinking in the memory 837.
  • the controller 833 may drive the sensor unit 830 every predetermined number of blinks. As another example, the controller 833 determines whether the amount of power stored in the power storage unit 865 satisfies the minimum amount of power required to drive the sensor unit 830 (hereinafter, the amount of power available for sensing), and thus, if power storage is performed. If the amount of power supplied is equal to or greater than the amount of power available for sensing, the sensor unit 830 may be controlled to be driven at all times.
  • the controller 833 determines whether the amount of power stored in the power storage unit 865 satisfies the minimum amount of power required for communication (hereinafter, the amount of communicable power), so that the amount of stored power is equal to the amount of communicable power. Or greater than that, the communication unit 838 can control to communicate with the external device.
  • the controller 833 when the controller 833 receives a data transfer command from an external device, the controller 833 transmits the data stored in the memory 837. When the controller 833 receives the reception completion response from the external device, the controller 833 removes the data stored in the memory 837. You can reset it.
  • the controller 833 may perform a series of controls corresponding to the pattern of the blink of the user. For example, when the duration of the blink is long, the first blink is referred to, and when the duration of the blink is called the second blink, the second blink is applied to various combinations of the first blinks and the second blinks.
  • a character may be generated and transmitted to the outside, or may be controlled (eg, an attempt to communicate with the outside, measurement of blood glucose concentration through the sensor unit 830, etc.).
  • the memory 837 stores a series of control commands for operating the controller 833, or stores information measured by the sensor unit 830. When the information measured by the sensor unit 830 exceeds the storage capacity of the memory 837, the memory 837 may sequentially delete the most recent information and store the latest measurement information. As the memory 837, for example, an inactive memory may be used.
  • the display unit 835 may display information of the user detected by the sensor unit 830.
  • the display unit 335 may include a light emitting device and a driving circuit of the light emitting device. Depending on the light emitting device, the driving circuit may be omitted.
  • the light emitting element may be, for example, an LED or an OLED.
  • the contact lens periodically stores information itself (raw data) or processed information obtained from the sensor module 831 embedded therein, and compares the reference value with a reference value according to a certain period, and the body of the current wearer. In this case, the contact lens of the present embodiment may warn the user by using the built-in display unit 835.
  • the display unit 835 may include four light emitting devices 835a, 135b, 135c, and 135d. Some materials of the light emitting devices 835a, 135b, 135c, and 135d may be opaque, and in this case, may be disposed along the outer periphery of the pupil, that is, the outer periphery of the contact lens when the contact lens is worn. Four light emitting devices 835a, 135b, 135c, and 135d may be disposed at 90 degree intervals. Four light emitting elements 835a, 135b, 135c, and 135d may emit light independently.
  • the light emitting devices 835a, 135b, 135c, and 135d may be, for example, LEDs or organic EL devices.
  • the light emitted from the light emitting elements 835a, 135b, 135c, and 135d is diffused while being reflected in the lens unit 810, but the light emitting elements 835a, 135b, 135c, and 135d emit more light. Therefore, information may be transmitted to the user by using light emission patterns of the light emitting devices 835a, 135b, 135c, and 135d.
  • the arrangement of the four light emitting elements 835a, 135b, 135c, and 135d is exemplary, and the present embodiment is not limited thereto.
  • the display unit 835 may include one light emitting device or may include an annular light emitting device.
  • the communication unit 838 wirelessly communicates with the external device 1212 of FIG. 26 through the antenna 839, and may transmit information detected by the sensor unit 830 to the external device 1220. have. Furthermore, the control command may be received from the external device 1220.
  • the antenna 839 may be formed in an annular shape surrounding the periphery of the piezoelectric element 850.
  • the power storage unit 865 may be formed of an annular capacitor, in which case the antenna 839 is disposed around the periphery of the power storage unit 865 to propagate by the power storage unit 865. You can also minimize the directional impact.
  • the antenna 839 is not limited to such an annular shape, and may be formed in a predetermined pattern, or a part of the annular shape may be formed in a pattern.
  • a portion of the power storage unit 865 may be utilized as the antenna 839.
  • the electronic device unit 820 has a single layer, but is not limited thereto.
  • the layer provided with the antenna 839 and the layer provided with the power storage unit 865 may be different layers.
  • the antenna 839 may be disposed around the periphery of the piezoelectric element 850 in the same layer as the piezoelectric element 850, and the power storage unit 865 may be disposed in another layer.
  • the power storage unit 865 may be disposed around the outer periphery of the piezoelectric element 850 in the same layer as the piezoelectric element 850, and the antenna 839 may be provided in another layer.
  • the electronic device unit 920 of the contact lens of the present embodiment includes a sensor unit 930, a control unit 933, a display unit 935, a memory unit 937, and a power supply unit 940.
  • the electronic device unit 920 of the present embodiment may be understood that the communication unit 938 and the antenna 939 are omitted from the electronic device unit 920 of the embodiment described with reference to FIGS. 20 to 22.
  • the information detected by the sensor unit 930 may be displayed on the display unit 935.
  • the controller 933 stores the number of blinks in the memory unit 937 and displays the number of blinks on the display unit 935 for each predetermined number of blinks (for example, the light emitting elements (135a, 135b, 135c, Light emitting 135d) to assist the wearer in making rough time counting.
  • the sensor unit 930 is a biosensor such as a blood sugar detection sensor
  • the signal processing unit 938 analyzes the signal detected by the detected sensor unit 930 to calculate the blood sugar of the user, and the control unit 933 estimates When the blood sugar exceeds a predetermined threshold, the display unit 935 may display an indication that the blood sugar is dangerous.
  • FIG. 24A is a plan view schematically illustrating a contact lens 1000 according to another embodiment, and FIG. 24B is a cross-sectional view of the contact lens 1000 of FIG. 24A.
  • the contact lens 1000 includes lens units 1010 and 1011, a circuit unit 1030 positioned in the lens units 1010 and 1011, and a power supply unit.
  • the lens units 1010 and 1011 are illustrated in two layers, but may be one lens body.
  • the circuit unit 1030 may include a sensor unit (see 130 of FIG. 1, 830 of FIG. 21, and 930 of FIG. 23) for detecting biometric information of a user. Further, the circuit unit 1030 may further include a display unit (see 135 of FIG. 1, 835 of FIG. 21, and 935 of FIG. 23) that displays biometric information or other information detected by the sensor unit.
  • the circuit unit 1030 further includes a control unit (833 of FIG. 21), a memory unit (837 of FIG. 21), and a communication unit (838 of FIG. 21) to process biometric information detected by the sensor unit or to communicate with an external device. It may be. Certain components of the display unit, the control unit, the memory unit, and the communication unit may be omitted. Since the configuration of the circuit unit 1030 is substantially the same as the corresponding configuration in the above embodiments, a detailed description thereof will be omitted.
  • the power supply unit may include a biofuel cell 1050.
  • the power supply unit may further include a power storage unit (see 165 of FIG. 1) for storing the electrical energy produced by the biofuel cell 1050.
  • the power storage unit may include a capacitor such as a miniature super capacitor, and may be provided along an outer periphery of the lens units 1010 and 1011, for example.
  • Reference numeral 1056 illustrated in FIG. 24B denotes a wiring line for transmitting electrical energy obtained from the biofuel cell 1050 to the circuit unit 1030.
  • the biofuel cell 1050 is another example of an energy harvester which produces electrical energy from biochemical energy generated through a reaction between a component contained in a small amount of tear and an electrode.
  • the biochemical energy may include at least one of bioenergy and chemical energy.
  • the biofuel cell 1050 may produce electrical energy using enzymes or microorganisms in trace sugars or minerals contained in tears.
  • Biofuel cell 1050 may include a collector for collecting tears.
  • the collecting unit includes one or a plurality of micro tubes 1053 having an annular shape provided inside the lens unit 1010, and a micro tear tube 1052 formed in a radial direction from the outer edge of the lens unit 1010 to the micro tube 1053. ).
  • the fine tear tube 1052 may be fine enough to cause a capillary phenomenon and larger than the molecular size of the material to be used for tears.
  • the tip 1052a of the fine tear tube 1052 is exposed to the outside of the lens unit 1010 so that tears may flow therein.
  • the micro tube 1053 receives tears from the micro tear tube 1052 and is a space for converting biochemical energy into electrical energy through a redox reaction.
  • the microtube 1053 may have a pleat space having a space that is at least two times larger than the size of the molecule of the desired material to be reacted in order to maximize the reaction with the microorganism or the enzyme.
  • 25A and 25B are enlarged views of a portion A of the contact lens 1000 of FIG. 24A, and show examples of corrugation spaces of the microtubes 1053 of the biofuel cell 1050.
  • the microtube 1053 may include an electrode 1055 having a zigzag shape as illustrated in FIG. 25A, or may include an electrode 1055 ′ having a plurality of side branches as illustrated in FIG. 25B.
  • Receptors 1054 for use in the reaction are arranged in the electrodes 1055 and 1055 'inside the microtube 1053.
  • Such receptors 1054 may be enzymes or microorganisms as catalysts.
  • the electrodes 1055 and 1055 ' may be understood as cathodes (or anodes) in which an acceptor 1054 is fixed to cause an oxidation or reduction reaction.
  • Opposite electrodes may be provided on inner walls of the microtubes 1053 to face the electrodes 1055 and 1055 '.
  • Organic matter contained in the tear in the microtube 1053 may be biologically reacted with the receptors 1054 to produce electrical energy by oxidation at the anode and reduction with oxygen at the cathode.
  • the receptors 1054 ie, a glucose oxidase (GOx) as a catalyst
  • the electrons can be promoted to promote oxidation of glucose in tears using GOx.
  • a power output of 1.02 mW per unit area has been reported with a 50 ⁇ m fiber electrode in human serum conditions.
  • Electrons collected at the electrodes 1055 and 1055 ′ through the receptors 1054 may be transferred to the circuit portion 1030 through the wiring line 1056 and stored in the power storage portion or directly transferred to the sensor portion to drive the sensor portion.
  • the fine tear tube 1052 and the microtube 1053 are examples of a collector for collecting tears, but are not limited thereto.
  • the outermost surface of the lens unit 1010 has a porous structure, and receptors may be provided in the porous material. In this case, when tears enter the porous body, electrical energy may be produced through a redox reaction.
  • the outermost surface of the lens unit 1010 may be formed of an oxidized binder in which the molecular bonding structure can be separated in a specific situation.
  • the electrode of the biofuel cell in which the redox reaction occurs is formed on the outermost surface of the lens unit 1010 without a separate collecting unit for collecting tears.
  • the biofuel cell of the above-described embodiment describes an example of producing electrical energy from organic matter in tears, but is not limited thereto.
  • electrical energy may be produced by chemical reaction with inorganic substances in tears such as salt.
  • the biofuel cell of the above-described embodiment has a structure similar to that of a room temperature type fuel cell in principle, and as a catalyst, enzymes and microorganisms (such as Schwanella) that can react with sugars and lipids contained in tears can be used.
  • enzymes and microorganisms such as Schwanella
  • Substances produced by biological reaction of organic substances such as glucose are oxidized at the anode, and electrical energy is generated by reduction reaction with oxygen at the cathode.
  • the contact lens may further include a wireless power receiving module to receive electrical energy in the form of an electric field, a magnetic field, or an electromagnetic field from the outside.
  • 26 illustrates a system 1200 including a contact lens according to one embodiment.
  • the system 1200 of the present embodiment includes a contact lens 1210 and an external device 1220 in communication with the contact lens 1210.
  • the external electronic device 1220 includes a communication unit 1221, a control unit 1222, and a memory 1224.
  • the communication unit 838 of the contact lens 1210 and the communication unit 1221 of the external electronic device 1220 may include a short range communication module.
  • the short range communication module refers to a module for short range communication within a predetermined distance.
  • short-range communication technologies include wireless LAN, Wi-Fi, Bluetooth, ZigBee, Wi-Fi Direct, ultra wideband, UWB, and infrared data association. ), Bluetooth Low Energy (BLE), Near Field Communication (NFC), and the like, but are not limited thereto.
  • the communication unit 838 of the contact lens 1210 and the communication unit 1221 of the external electronic device 1220 may employ a mobile communication module or other known wireless communication method.
  • the electronic device 1220 may always be connected to the contact lens 1210 to process information received from the contact lens 1210 in real time. Alternatively, the electronic device 1220 may be connected to the contact lens 1210 at predetermined time intervals, or may be connected to a specific time to receive and process information from the contact lens 1210 periodically or singly.
  • the electronic device 1220 includes a mobile phone, a smart phone, a charging pad, a tablet computer, a personal digital assistant (PDA), an electronic book terminal, a digital broadcasting terminal, a laptop computer, Personal computers, navigation, MP3 players, digital cameras 160, IPTV (Internet Protocol Television), DTV (Digital Television), game devices, remote controllers, CE devices (e.g.
  • the electronic device 1220 described herein may be a wearable device that can be worn by a user, for example, an embodiment of the present invention.
  • the electronic device 1220 may be implemented as a watch, glasses, a ring, a bracelet, a necklace, or the like.
  • the information received from the contact lens 1210 may be information about a user's eye movement.
  • the controller 1222 extracts at least one of the direction of the eye movement and the degree of the movement of the user based on the information about the eye movement of the user, and determines the direction and the movement of the eye movement of the user.
  • a first control command corresponding to at least one of the degrees may be generated.
  • the first control command may be a control command for the electronic device 1220 itself or a control command for another electronic device.
  • the user's eye movements may be distinguished from left, right, up, and down to generate a control command corresponding to each case.
  • the information received from the contact lens 1210 may be information about eye blink of the user.
  • the controller 1222 extracts at least one of the number of blinks per unit time and the duration of the blink based on the information on the blink of the user, and the number of blinks per unit time and the duration of the blink. It is possible to generate a second control command corresponding to at least one of the times.
  • the second control command may be a control command for the electronic device 1220 itself or a control command for another electronic device.
  • a specific control command may be generated when the number of blinks exceeds a predetermined reference number or the duration of the blinks exceeds a predetermined reference time for a predetermined time.
  • the information received from the contact lens 1210 is information on a user's eye blink
  • the controller 1222 detects the user's fatigue degree based on the information on the user's eye blink, If the fatigue degree of the greater than the reference value can generate a third control command.
  • the third control command may be a control command for generating an alarm for notifying the user of the warning.
  • the information received from the contact lens 1210 is information (eg, blood sugar) about the biomaterial included in the tear of the user, and the controller 1222 is based on the information about the biomaterial.
  • Information about the biological state of the user may be generated. The information about the biological state may be accumulated and used as health care data of the user.
  • 27A-27F illustrate a method of manufacturing a contact lens according to one embodiment.
  • a mold 2010 capable of forming a contact lens is prepared.
  • the mold 2010 of this embodiment includes an electromagnet 2020 at the bottom of the mold 2010 to set a reference position.
  • the polymer injector 2030 injects the liquid polymer 2050 into the mold 2010.
  • the circuit thin film 2060 including the electronic device portion may be manufactured by a known method.
  • the manufactured circuit thin film 2060 is immersed from the edge in the liquid polymer 2050, as shown in Figure 27b.
  • the electromagnet 2020 when the circuit thin film 2060 is completely immersed in the liquid polymer 2050, the electromagnet 2020 is driven.
  • the strength of the electromagnet 2020 is appropriately adjusted so that the circuit thin film 2060 floats on the liquid polymer 2050 by the surface tension of the liquid polymer 2050 and the magnetic force of the electromagnet 2020.
  • the liquid polymer 2050 has a predetermined curvature while rotating the mold 2010.
  • the intensity of the electromagnet 2020 is adjusted according to the spin speed.
  • the polymer 2050 is solidified by UV curing while the mold 2010 is rotated such that the liquid polymer 2050 has a predetermined curvature.
  • the manufacture of the contact lens is completed by polishing the surface of the cured polymer 2050 with the polishing apparatus 2090.
  • 28A and 28B illustrate a method of manufacturing a contact lens according to another embodiment.
  • a circuit thin film 2120 including a piezoelectric element and an electronic element portion (eg, 120 of FIG. 1) is separately manufactured by a known method.
  • the primary polymer 2110 is placed in the mold, and then the circuit thin film 2120 is placed, and the secondary polymer 2130 is injected again to form a cylindrical button 2140 having the circuit thin film 2120 embedded therein. .
  • the fixing device 2150 is fixed by the computer-controlled cutting machine 2160 while the button 2140 is fixed by the air pressure 2155 to form the bend of the lens, and polished by smoothing it. Make a surface.
  • 29A-29D illustrate a method of manufacturing a contact lens according to another embodiment.
  • a circuit thin film 2210 including a piezoelectric element and an electronic element portion (eg, 120 of FIG. 1) is separately manufactured by a known method.
  • the circuit thin film 2210 is provided with a lead line 2215 extending from the outside.
  • the circuit thin film 2210 is seated on the lower mold 2220, and the lead wire 2215 is pulled out of the lower mold 2220 to be connected to a tensioner (not shown).
  • the tensioner is a device for appropriately adjusting the tension of the lead wire 2215.
  • the lead wire 2215 is adjusted to fix the circuit thin film 2210 in position.
  • the liquid polymer 2240 is injected into the lower mold 2220 and the upper mold 2250 is closed to compress the liquid polymer 2240 into the lower and upper molds 2220 and 2250. While the lead wire 2215 of the piezoelectric thin film is contacted with the circuit thin film 2220 anywhere in the lower and upper molds 2220 and 2250 in the volume based on the volume generated by the upper mold 2250 and the lower mold 2220. The lead wire 2215 is pulled so as to float in the polymer liquid.
  • a cutter included in the upper mold 2220 or the lower mold 2250 after solidifying the liquid polymer 2240 through UC curing in the above state and the polymer 2240 is solidified.
  • the contact lens may communicate with an external device while being worn by the user.
  • the contact lens harvests mechanical motion generated by the movement of at least one of the eyes and the eyelids of the user as electrical energy (S3010).
  • Electrical energy is produced in the energy harvesting unit (for example, 150 of FIG. 1), data is collected using the sensor unit (830 of FIG. 21) (S3020), and stored in the memory unit (837 of FIG. 21). (S3030). Since the wearer's eyes or eyelids move continuously, the energy harvester continuously produces electrical energy in response to the movement.
  • a comparison between the amount of stored power and the amount of power available for communication is periodically performed (S3040).
  • the amount of power available for communication may mean an amount of power required for a contact lens to connect to an external device and transmit at least one data. If the amount of power supplied is equal to or greater than the amount of power available for communication, the contact lens attempts to connect to an external device (S3050) When the contact lens connects to an external device, it transmits data (S3060). If the amount of power is greater than the amount of power available, data can be transmitted at all times.In some cases, as a result of one-time data transmission, the amount of power stored may be smaller than the amount of power available for communication according to the consumption of electrical energy. The electrical energy is stored until the amount of power supplied is greater than the amount of communication power, and then the contact lens is connected to an external device. The contact lens may receive a control command from an external device.
  • the contact lens transmits data to an external device
  • the data to be transmitted may include real time data detected by a sensor in real time or data stored in a memory together with the real time data.
  • FIG. 31 is a flowchart illustrating an example of data transmission in the flowchart of FIG. 30. Referring to FIG. 29, the method of driving a contact lens may further include determining whether to transmit data stored in a memory together (S3061).
  • Whether to transmit the stored data together may be stored in advance as a program in the memory. For example, when the transmission of the stored data is set as a default, the controller can group the data stored in the memory together with the real-time data (S3062) and sequentially transmit the grouped data to the external device (S3063). Alternatively, when the default transmission of the real time data is set as a default, the controller may skip the data stored in the memory (S3064) and preferentially transmit the real time data to the external device (S3063). When real-time data is transmitted to the external device, data stored in the memory may be sequentially transmitted to the external device.
  • Whether to transmit the stored data together may be determined according to the amount of power stored in the power storage unit. If the amount of power stored in the power storage is much larger than the minimum amount (communicable power) required to communicate with the external device, or if sufficient electrical energy is produced in real time, the controller groups the data stored in the memory together with the real-time data. In operation S3062, the grouped data may be sequentially transmitted to the external device in operation S3063. If the amount of power stored in the power storage unit is only the minimum amount (communicable power amount) required to communicate with the external device, the controller may skip data stored in the memory (S3064) and preferentially transmit real-time data to the external device. (S3063).
  • the contact lens communicates with an external device while worn by the user.
  • the contact lens harvests mechanical motion generated by the movement of at least one of the eyes and the eyelids of the user as electrical energy (S3010).
  • Electrical energy is harvested from the energy harvesting unit (eg, 850 of FIG. 21), data is collected using the sensor unit (830 of FIG. 21) (S3020), and stored in the memory unit (857 of FIG. 21). (S3030). Since the amount of power produced is proportional to the number of movements of the wearer's eyes or eyelids, the number of blinks required to produce the amount of communicable power can be estimated in advance.
  • the device waits until the number of blinks is greater than the predetermined reference number (S3041).
  • the device is connected to an external device (S3050) and data is transmitted to the external device.
  • the number of blinks is counted from the voltage waveform of the power produced in the piezoelectric element and stored in the memory, as described above. If the sensor includes a photodiode, it may be counted through the photodiode.
  • the contact lens attempts to connect to the external device, the number of blinks stored in the memory is reset.
  • the contact lens transmits data to an external device.
  • the data transmitted is either real-time data detected by a sensor in real time or data stored in a memory together with the real-time data. It may include.
  • the contact lens may first request a connection to an external device (S4010). For example, if the accumulated power amount is greater than the communicable power amount or the number of blinks is greater than the reference number, as described with reference to FIG. 30, the contact lens may first request connection while transmitting its identification information to an external device. There is (S41010). In response to the external device request for connection of the contact lens (S4020), the contact lens and the external device may be in a communicable state, that is, paired. Next, when the contact lens and the external device are paired, the contact lens transmits data to the external device (S4030).
  • the external device When the external device receives all of the data, the external device receives a reception completion response (S4040), and the contact lens resets the memory by removing data stored in the memory (S4050).
  • the external device may first transmit a data transmission command to the contact lens, and then transmit data in response to the contact lens.
  • the external device processes the received data (S4050) and executes a subsequent procedure (S4070).
  • the contact lens may process data measured by itself according to the purpose, but a process requiring high computation or a high amount of power may be processed by an external device.
  • the external device may receive data collected by the lens in real time or at a time interval, and perform calculation using the corresponding data.
  • the contact lens may transmit the collected data in real time or may be divided and transmitted in a specific unit, and when transmitting in a specific unit, the contact lens may directly instruct an associated external device to execute an operation command for each unit. It may be.
  • the contact lens measures blood sugar
  • the external device stores information on the existing measured blood sugar, compares the existing information with the real-time blood sugar level, and if it is determined that the real-time blood sugar is rapidly changed, the external device is displayed. You can tell your users that your blood sugar is high through your phone, speaker, or vibration device.
  • FIG. 34 is a flowchart illustrating a method of operating a system including a contact lens according to another embodiment.
  • the present embodiment is not limited to the case where the contact lens is communicated with the external device while the user is wearing it, and covers the state where the contact lens is detached from the wearer.
  • an external device may first request a connection to a contact lens (S4011).
  • the external device may periodically request a contact lens contact (eg, 30 minute intervals, one hour interval, one day interval, etc.).
  • the contact lens responds to the connection request of the external device (S4021)
  • the contact lens and the external device may be in a communicable state, that is, paired. If the amount of power accumulated in the contact lens is less than the communicable power or for other reasons, the external device may continuously or periodically contact the contact lens for a predetermined time (for example, 1 minute, 10 minutes, etc.). Retry the connection.
  • the contact lens receives a data transmission command from an external device (S4025)
  • the contact lens transmits data.
  • the external device receives all of the data
  • the external device receives a reception completion response (S4040)
  • the contact lens resets the memory by removing data stored in the memory (S4050).
  • the contact lens of the present embodiment further includes a wireless power receiving module in addition to an energy harvesting unit such as a piezoelectric element or a biofuel cell.
  • the external device further includes a wireless power transmission module.
  • the external device may be a wireless charging pad, and may include an antenna for transmission in the form of a coil or a micro strip inside the pad, which matches the antenna (839 in FIG. 21) embedded in the contact lens. do.
  • the external device transmits wireless power to the contact lens through the electromagnetic induction method or the magnetic resonance method (S4012).
  • the transmitted radio waves may encode and transmit data (for example, time information and control commands) to be communicated with the power source, and the contact lens may decode the power and separate the power and data.
  • the contact lens receives and stores the transmitted wireless power, and performs a power-on response when the amount of stored power is equal to or greater than the amount of communicable power (S4022).
  • the external device receives the power-on response from the contact lens, the external device transmits a data transmission command to the contact lens (S4025).
  • the contact lens When the contact lens receives a data transmission command from an external device (S4025), the contact lens transmits data to the external device (S4030). When the external device receives all of the data, the external device receives a reception completion response (S4040), and the contact lens resets the memory by removing data stored in the memory (S4050).
  • FIG. 36 is a flowchart illustrating a method of operating a system including a contact lens, according to another embodiment, and FIG. 37 illustrates an example of a blink pattern.
  • the contact lens may first request a connection to an external device (S4013). For example, if the accumulated power amount is greater than the communicable power amount or the number of blinks is greater than the reference number, as described with reference to FIG. 30, the contact lens may first request connection while transmitting its identification information to an external device. have.
  • the contact lens and the external device may be in a communicable state, that is, paired.
  • the contact lens transmits the blinking pattern information to the external device (S4033).
  • the external device When the external device receives the blinking pattern information, the external device performs a reception completion response (S4043), and the contact lens removes the blinking pattern information stored in the memory to reset the memory (S4053).
  • the external device analyzes the received blink pattern information (S4053) and displays information corresponding to the blink pattern (S4073).
  • the user may intentionally vary the duration of the blink or the time interval between the blink and the blink.
  • a user may blink an eye by distinguishing between a case where a blink time is short and a long case.
  • T1 duration of the blink
  • T2 duration of the blink
  • various combinations of the first and second blinks 4111 and 4111 may contain predetermined information.
  • a pattern of eye blinks ie, a combination of the first and second blinks 4111 and 4112
  • Matching data of the information according to the combination of the first and second blinks 4111 and 4111 may be stored in a memory of the external device.
  • the external device may compare the received blink pattern information with the matching data and extract information corresponding to the blink pattern.
  • the user blinks an eye in a pattern combining the first blinks 4111 and the second blinks 4112 according to the promised table, and transmits a predetermined letter or sentence to an external device,
  • the device may display text or sentences contained in the blink pattern.
  • the blink pattern may be matched to a control command for controlling the external device. In this case, the user may control the external device by blinking the eye by combining the first blinks 4111 and the second blinks 4112.
  • FIG. 38 illustrates a system including a contact lens according to another embodiment
  • FIG. 39 is a flowchart illustrating a method of operating the system of the present embodiment.
  • the system of the present embodiment includes first and second contact lenses 5010 and 5020 worn on both eyes of the wearer, and an external device 5030.
  • the first contact lens 5010 and the second contact lens 5020 may be linked with the external device 5030 using different or the same communication scheme and frequency band. For example, after the first and second contact lenses 5010 and 5020 are worn on the eyes, after a while, the power storage of the first and second contact lenses 5010 and 5020 by the power source charged by the blinking of the eyelids. The amount of power thus reached reaches the amount of communicable power (S5510). Even if the first and second contact lenses 5010 and 5020 are worn on the eyes at the same time, either one of the first contact lens 5010 and the second contact lens 5020 first reaches the amount of communicable power.
  • the first contact lens 5010 and the second contact lens 5020 may use the same protocol and different frequency bands. In this case, even if the first contact lens 5010 and the second contact lens 5020 communicate with the external device 5030 with different frequency bands even though they use the same protocol, the first contact lens 5010 and the second contact lens 5020 may have a different frequency band. The first contact lens 5010 and the second contact lens 5020 may communicate with the external device 5030, respectively, regardless of which one of the contact lenses 5020 reaches the amount of communicable power first.
  • the first contact lens 5010 and the second contact lens 5020 may use the same protocol and the same frequency band. In this case, IDs for distinguishing the first and second contact lenses 5010 and 5020 may be generated within the same frequency.
  • the second contact lens 5020 attempts to connect to the external device 5030. Even if it is (S5130), it may fail due to the connection of the first contact lens 5010 (S5140).
  • the first and second contact lenses 5010 and 5020 search for other adjacent contact lenses using the same protocol and the same frequency band, and the intensity of radio waves emitted from the contact lenses is very weak, so that only in an area close to the length of the glans It can be specified as the level of radiated power that can communicate. Accordingly, the connection attempt signal for searching may receive a connection attempt signal from another contact lens in a state of idle when radiated at some unspecified time interval. That is, when the first contact lens 5010 is paired with the external device 5030, the second contact lens 5020 is externally connected to the first contact lens 5010 based on a connection attempt signal and an ID of the first contact lens 5010. It is possible to know whether or not the device 5030 is connected (S5140).
  • connection failure of the second contact lens 5020 is irrelevant to the connection of the first contact lens 5010, the second contact lens 5020 immediately retries the connection with the external device 5030. If the connection failure of the second contact lens 5020 is due to the connection of the external device of the first contact lens 5010, communication is performed based on different time intervals on the time axis within the same frequency channel to prevent frequency crosstalk.
  • the frequency may be set to be activated (S5150).
  • the second contact lens 5020 may retry connection to an external device after ⁇ t time elapses. In this case, ⁇ t is a value smaller than a time period for the first and second contact lenses 5010 and 5020 to connect with an external device.
  • ⁇ t may be a value such as 1/2, 1/3, 1/4, etc. of a time period in which the first and second contact lenses 5010 and 5020 connect to an external device.
  • the first and second contact lenses 5010 and 5020 individually generate a protocol for transmitting their own information, and then exchange data with the external device 5030 for processing.
  • the subject of the processing may be an external device 5030 directly linked with the first and second contact lenses 5010 and 5020, for example, a mobile phone, a TV, and other wearable devices.
  • the external device 5030 directly interworking with the first and second contact lenses 5010 and 5020 is connected to the network, the first and second contact lenses 5010 and 5020 delivered from the first and second contact lenses 5010 and 5020 are utilized.
  • the interlocked external device 5030 transmits the data to a second external device (for example, a server, a computer processing device, a recording device, etc.) through a network so that the second external device can process, process or store it separately. Can be.
  • a second external device for example, a server, a computer processing device, a recording device, etc.
  • This system configuration can be dynamically applied according to network conditions.
  • the external device 5030 receives data transmitted from the first and second contact lenses 5010 and 5020 and may be processed by individual processors / threads, respectively. And the second contact lenses 5010 and 5020 are separated in response to a tick signal or a protocol of radio waves which are separately separated and transmitted. If the communication connection is unexpectedly terminated due to the unstable power environment of the first and second contact lenses 5010 and 5020, the communication contact is terminated after deleting the information on the previously connected profile.
  • the external device 5030 may attempt a new communication.
  • the external device 5030 may avoid the frequency channel used by the contact lens in order to avoid interference with the contact lens that has not been terminated.
  • the contact lens newly entered into the initial state after the communication is terminated may attempt to connect with the external device 5030 in the initialized state.
  • the contact lens for which the communication is not terminated detects an activation state of a channel transmitted by the contact lens.
  • the starting point of the activated state can be regarded as a tick, and the channel can be avoided or reconnected by adjusting the time interval in the channel.
  • the first contact lens 5010 and the second contact lens 5020 may provide the same function to complement the provided function.
  • the measured values of the first and second contact lenses 5010 and 5020 are evaluated to determine specific components. It is possible to correct the final component content of and to further improve the reliability of the measured bioactive symptoms by calculating by summing the respective measured values in measuring the bioactive symptoms.
  • the measured values in each of the first and second contact lenses 5010 and 5020 may be body temperature, pulse rate, and the like.
  • the first contact lens 5010 and the second contact lens 5020 may include different types of sensors, and may complement each other or simultaneously perform different functions to facilitate tracking of a specific biometric indicator or an environment in which the wearer is placed. It may be.
  • the first contact lens 5010 includes a sensor that provides a function of measuring and tracking the content of lipids (fatty components) contained in the tear in one eye and secreted by the second eye lens 5020. ) May have a sensor that provides the ability to measure the number of blinks of the eyelid in the other eye. In this case, by tracking the change of lipid components in the tear according to the blinking of the eyelid in a specific time interval, it is possible to evaluate the effect of the change in lipid composition according to the number of blinking of the eyelids.
  • the eyelid flickering is insufficient to the reference value, or if the evaporation of water on the surface of the eye is expected to be excessive due to the underestimation of lipid components, it can be notified to the wearer through other external devices that can communicate with each other.
  • the display unit 835 of FIG. 21 is provided in the first contact lens 5010 and / or the second contact lens 5020, an event regarding a specific condition may be displayed to the wearer through the display unit 135.
  • the first contact lens 5010 and the second contact lens 5020 communicate with each other, thereby allowing any one of the first contact lens 5010 and the second contact lens 5020 to communicate with each other.
  • both lenses can display events so that the wearer can recognize them.
  • the interlocked external device 5030 is the first contact lens 5010 and / or the second contact lens 5020.
  • the first contact lens 5010 and / or the second contact lens 5020 may display the event by instructing the event occurrence.
  • the first contact lens 5010 may include a sensor capable of tracking a line of sight in one eye, and the second contact lens 5020 may track eye blinking in the other eye. It may be provided with logic capable of performing a function that can. Accordingly, the first and second contact lenses 5010 and 5020 may simultaneously track the wearer's eye tracking and eye blinking. Since the eye movements and the eye blinks can be distinguished from each other, the first and second contact lenses 5010 and 5020 detect a combination of the eye movements and the eye blinks of the wearer, thereby detecting a command intended by the wearer. The device 5030 may be instructed to execute the corresponding command.
  • Eye movement and blinking are examples of measurement modes that are detected by the first and second contact lenses 5010 and 5020 and are distinguished from each other, but are not limited thereto.
  • the external device 5030 A combination of two or more measurement aspects may be matched to a promised instruction table to perform a corresponding instruction.
  • the first and second contact lenses 5010 and 5020 may instruct the external device 5030 to carry out the intended command of the wearer by detecting two or more measurement aspects from the wearer.

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Abstract

에너지 수확부를 구비한 콘택트 렌즈가 개시된다. 개시된 콘택트 렌즈는 사용자의 생체 정보를 검출하는 센서부와 사용자의 눈 부위의 움직임에 의해 발생되는 역학적 에너지를 전기 에너지로 변환하여 센서부에 전기 에너지를 공급하는 전원부를 포함한다.

Description

에너지 수확부를 구비한 콘택트 렌즈
본 개시는 사용자의 눈에 직접 착용하는 콘택트 렌즈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 에너지 수확부를 구비한 콘택트 렌즈에 관한 것이다.
사용자의 눈에 직접 착용하는 콘택트 렌즈에 센서를 마련하여, 사용자의 생체 상태를 지속적으로 모니터닝하고자 하는 연구가 제안되고 있다. 예를 들어, 콘택트 렌즈에 혈당 변화를 검출하는 바이오 센서를 마련하여, 콘택트 렌즈를 착용하는 것만으로도 눈물을 안정적으로 수집, 분석함으로써 당뇨 여부 및 진행정도를 판단하고자 하는 연구가 진행되고 있다.
이와 같이 콘택트 렌즈에 센서를 마련하는 경우, 센서를 구동하기 위한 전기 에너지를 콘택트 렌즈에 공급할 필요가 있다. 이에, 초소형 태양광전지 또는 무선 충전을 통해 콘택트 렌즈에 전기 에너지를 공급하거나, 사용자의 눈 이외 신체 일부에 부착된 RF 트랜시버를 통해 통신 중에 공급되는 RF 전자기파에서 RF 전기 에너지를 분리하여 운용전력으로 충당하거나, 박막 배터리(Thin film battery)를 내장하여 센서의 운용 전력을 공급받는 방식이 제안되고 있다.
초소형 태양광전지를 통해 콘택트 렌즈에 전기 에너지를 공급하는 기술은 태양광이 약한 곳에선 충전 효율이 급감하며, 무선 충전 방식은 전자파 노출에 대한 인체 유해성 논란에서 자유롭지 못하며, 박막 배터리는 에너지 저장 효율이 낮은 문제들을 가지고 있는바, 본 개시는 이러한 문제점을 해결하면서 콘택트 렌즈의 센서에 전기 에너지를 공급할 수 있는 방법을 제공하고자 한다.
일 실시예에 따르는 콘택트 렌즈는, 사용자의 눈에 착용되는 렌즈부; 상기 사용자의 생체 정보를 검출하는 센서부; 상기 눈 부위의 움직임에 의해 발생되는 역학적 운동을 전기 에너지로 변환하여 상기 센서부에 상기 전기 에너지를 공급하는 전원부;를 포함한다.
렌즈부는 오목면 및 볼록면을 가지며, 상기 오목면이 눈의 각막 표면에 맞닿을 수 있다.
상기 센서부는 상기 전원부에서 수확된 전기 에너지량이 센싱가능전력량과 같거나 그보다 크면 사용자의 생체 정보를 검출하도록 구동될 수 있다.
콘택트 렌즈는 상기 센서부에서 검출된 생체 정보를 외부의 전자기기에 전송하는 통신부, 및 상기 센서부와 상기 통신부를 제어하며, 상기 센서부에서 검출된 신호를 처리하는 제어부를 더 포함할 수 있다. 상기 제어부는 상기 전원부에서 수확된 전기 에너지량이 통신가능전력량과 같거나 그보다 크면 상기 통신부를 구동하여 외부장치에 접속을 시도할 수 있다. 상기 제어부는 사용자의 눈깜박임의 수가 기준횟수와 같거나 그보다 크면 상기 통신부를 구동하여 외부장치에 접속을 시도할 수 있다.
상기 센서부에서 검출된 생체 정보는 사용자의 혈당 농도, 눈깜박임 및 눈깜박임의 수, 눈깜음의 지속시간, 눈깜박임의 패턴, 안구의 움직임, 눈물, 체온, 맥박 및 눈물에 포함된 생체 물질에 대한 정보 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
콘택트 렌즈는 상기 센서부에서 검출된 정보나 외부의 전자기기에서 전달받은 정보를 출력하는 표시부를 더 포함할 수 있다.
콘택트 렌즈는 상기 센서부에서 검출된 정보나 외부의 전자기기에서 전달받은 정보를 저장하는 메모리를 더 포함할 수 있다. 이러한 메모리는 비휘발성 메모리일 수 있다.
상기 전원부는 사용자의 눈 및 눈꺼풀 중 적어도 어느 하나의 움직임에 의해 발생되는 역학적 운동을 전기 에너지로 수확하는 에너지 수확부(energy harvesting unit)를 포함할 수 있다.
상기 에너지 수확부는, 사용자의 눈 및 눈꺼풀 중 적어도 어느 하나의 움직임에 의해 휨이 발생되는 제1 압전층과, 상기 제1 압전층에 접촉하여, 상기 압전층의 변형에 의해 발생되는 전기 에너지를 수집하는 제1 및 제2 전극을 포함하는 제1 압전 소자를 포함할 수 있다.
일 예로, 상기 제1 및 제2 전극은 상기 제1 압전층의 제1 면상에 이격되어 배치될 수 있다. 이때, 상기 제1 및 제2 전극은 서로 마주보며, 각각 복수의 지점에서 서로를 향하여 길게 연장되어 서로 교번하는 순서(alternating sequence)로 배치될 수 있다.
다른 예로, 상기 제1 및 제2 전극은 각각 상기 제1 압전층의 제1 면 및 상기 제1 면에 대향되는 제2 면에 마련될 수 있다. 이때 제1 및 제2 전극 중 적어도 하나는 격자 패턴, 지그재그 패턴, 및 콤 전극 패턴 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 전극이 콤 전극 패턴을 갖는 경우, 상기 제1 전극은 상기 제1 압전층의 제1 면상에서 복수의 지점에서 제1 방향으로 길게 연장되어 형성되며, 상기 제2 전극은 상기 제1 압전층의 제2 면상에서 복수의 지점에서 제2 방향으로 길게 연장되어 형성될 수 있다. 이때, 제1 방향과 제2 방향은 같거나 혹은 다를 수 있다.
상기 에너지 수확부는, 제2 압전층과, 상기 제2 압전층에 접촉하여 상기 제2 압전층의 변형에 의해 발생되는 전기를 수집하는 제3 및 제4 전극을 포함하는 제2 압전 소자를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 및 2 압전 소자는 적층 구조를 지닐 수 있다. 상기 제3 및 제4 전극 중 어느 한 전극은 상기 제1 및 제2 전극 중 어느 한 전극과 공통일 수 있다.
상기 콘택트 렌즈는 상기 센서부가 마련되는 회로층과 상기 제1 압전 소자가 마련되는 압전 소자층을 포함할 수 있다. 달리 말하면, 상기 센서부가 마련되는 층과 상기 제1 압전 소자가 마련되는 층은 서로 다른 층일 수 있다. 상기 렌즈부의 사용자의 눈에 직접 맞닿는 면을 기준으로, 상기 압전 소자층이 상기 회로층보다 먼 쪽에 위치하도록 적층될 수 있다. 달리 말하면, 압전 소자층은, 콘택트 렌즈의 착용시, 외곽에 위치하도록 적층되어 있을 수 있다. 콘택트 렌즈는 상기 회로층과 상기 압전 소자층 사이 또는 상기 회로층과 상기 렌즈부 사이에 위치하는 스페이서를 더 포함할 수 있다. 스페이서는 사용자의 눈이나 눈꺼풀의 움직임에 의한 외력이 회로층에 전달되는 것을 최소화하여 좀 더 효과적으로 압전 소자층에 휨이 발생되도록 한다. 이러한 스페이서는 공기층이나, 액체층이나, 또는 매우 유연한 소프트 물질층일 수 있다.
상기 센서부와 상기 제1 압전 소자는 동일 층에 마련될 수도 있다. 예를 들어, 상기 제1 압전층은 상기 렌즈부의 중앙 영역에 마련되며, 상기 센서부는 상기 렌즈부의 외곽 영역에 마련될 수 있다.
상기 전원부는 전력 저장부와 정류 회로를 더 포함할 수 있다. 전력 저장부는 초소형 슈퍼 커패시터와 같은 커패시터를 포함할 수 있다. 이러한 커패시터는 상기 렌즈부의 외곽 둘레를 따라 마련될 수 있다. 또는 커패시터는 상기 렌즈부의 외곽의 어느 일 영역에 마련될 수도 있다.
상기 센서부는 바이오 센서, 광검출 센서, 자이로 센서 및 관성 센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 바이오 센서는 예를 들어, 혈당 검출 센서일 수 있다.
상기 센서부는 사용자의 눈의 움직임을 검출할 수 있다. 예를 들어, 상기 센서부는 자이로 센서 및 관성 센서 중 적어도 하나를 구비하여, 사용자의 눈의 움직임을 검출할 수 있다.
상기 센서부는 사용자의 눈깜박임을 검출할 수 있다. 예를 들어, 에너지 수확부가 압전 방식인 경우, 센서부는 눈꺼풀의 움직임에 따라 발생되는 전력의 파형으로부터 눈깜박임의 횟수를 셀 수 있다. 또는, 센서부는 광검출 센서를 구비하여, 눈깜박임에 따른 외광의 차단을 카운트하여 눈깜박임의 횟수를 셀 수도 있을 것이다.
다른 실시예에 따르는 콘택트 렌즈 사용자의 눈에 착용되는 렌즈부; 사용자의 생체 정보를 검출하는 센서부; 상기 눈 부위의 눈물과의 전극과의 반응을 통해 생물화학적 에너지를 전기 에너지로 변환하여 상기 센서부에 전기 에너지를 공급하는 전원부;를 포함할 수 있다.
상기 전원부는, 상기 눈 부위의 눈물을 수집하는 수집부; 상기 수집부의 적어도 일부 영역에 마련된 전극을 포함하며, 상기 수집부에서 수집된 눈물과 상기 전극과의 반응을 통해 생물화학적 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있다. 이러한 전원부는 눈 부위의 눈물을 이용하는 생물연료전지로 이해할 수 있다.
상기 수집부는 일단이 렌즈부의 외부로 노출된 미세 눈물관과, 상기 미세 눈물관과 연결되며 상기 전극이 마련된 미세 튜브를 포함할 수 있다.
상기 미세 튜브는 환형로 형성되며, 상기 미세 눈물관은 상기 렌즈부의 가장자리에서 상기 미세 튜브까지 지름 방향으로 형성될 수 있다.
다른 실시예에 따르는 전자 장치는 콘택트 렌즈와 통신하는 통신부; 및 상기 콘택트 렌즈로부터 전송받은 정보를 처리하는 제어부부;를 포함할 수 있다.
일 예로, 전자 기기가 상기 콘택트 렌즈로부터 전송받은 정보는 사용자의 눈의 움직임에 대한 정보이며, 상기 제어부는, 상기 사용자의 눈의 움직임에 대한 정보에 기초하여 사용자의 눈의 움직임의 방향 및 움직임의 정도 중 적어도 어느 하나를 추출하고, 상기 사용자의 눈의 움직임의 방향 및 움직임의 정도 중 적어도 어느 하나에 상응하는 제1 제어 명령을 생성할 수 있다. 이때 제1 제어 명령은 전자 기기 자체에 대한 제어 명령이거나, 혹은 또 다른 전자 기기에 대한 제어 명령일 수 있다.
다른 예로, 전자 기기가 상기 콘택트 렌즈로부터 전송받은 정보는 사용자의 눈깜박임에 대한 정보이며, 상기 제어부부는, 상기 사용자의 눈깜박임에 대한 정보에 기초하여 단위시간당 눈깜박임의 횟수 및 눈깜음의 지속시간 중 적어도 어느 하나를 추출하고, 상기 단위시간당 눈깜박임의 횟수 및 눈깜음의 지속시간 중 적어도 어느 하나에 상응하는 제2 제어 명령을 생성할 수 있다. 이때 제2 제어 명령은 콘택트 렌즈와 통신하고 있는 전자 기기 자체에 대한 제어 명령이거나, 혹은 또 다른 전자 기기에 대한 제어 명령일 수 있다.
또 다른 예로, 전자 기기가 상기 콘택트 렌즈로부터 전송받은 정보는 사용자의 눈깜박임에 대한 정보이며, 상기 제어부는, 상기 사용자의 눈깜박임에 대한 정보에 기초하여 사용자의 피로도를 검출하여, 사용자의 피로도가 기준치보다 큰 경우 제3 제어 명령을 생성할 수 있다. 이때 제3 제어 명령은 사용자에게 경고를 알리는 알람을 발생시키는 제어 명령일 수 있다.
또 다른 예로, 전자 기기가 상기 콘택트 렌즈로부터 전송받은 정보는 사용자의 눈깜박임의 패턴에 대한 정보이며, 상기 제어부는, 상기 사용자의 눈깜박임의 패턴에 대한 정보에 기초하여 제4 제어 명령을 생성할 수 있다. 가령, 눈깜박임의 패턴은 눈깜음의 지속시간이 짧은 것과 긴 것의 조합으로 이루어질 수 있으며, 눈깜음의 지속시간이 짧은 것과 긴 것을 모스 부호와 같이 조합함으로써, 문자나 혹은 문장을 표현할 수 있을 것이다. 이와 같이 전자 기기가 콘택트 렌즈로부터 사용자의 눈깜박임의 패턴에 대한 정보를 전송받는 경우, 전자 기기는 사용자의 눈깜박임의 패턴에 상응하는 문자나 문장을 디스플레이하거나 스피커를 통해 출력할 수 있을 것이다.
상기 전자 기기는 이동 전화, 스마트 폰, 태블릿 컴퓨터, 개인 휴대 정보 단말기(PDA), 랩탑 컴퓨터, 개인용 컴퓨터, 텔레비전, 게임장치, 리모트 컨트롤러, 및 자동차일 수 있다.
또 다른 실시예에 따르는 콘택트 렌즈의 구동방법은 사용자의 눈에 착용되는 렌즈부; 상기 렌즈부의 내에 마련되며 사용자의 생체 정보를 검출하는 센서부; 상기 렌즈부의 내에 마련되며 상기 눈 부위의 움직임에 의해 발생되는 역학적 운동을 전기 에너지로 변환하여 상기 센서부에 상기 전기 에너지를 공급하는 전원부;를 포함하는 콘택트 렌즈를 구동하는 방법으로서, 전원부는 사용자의 눈 부위로부터 전기 에너지로 수확하는 단계와, 상기 수확된 전기 에너지를 이용하여 센서부를 구동하는 단계;를 포함한다.
상기 수확된 전기 에너지량이 센싱가능전력량과 같거나 그보다 크면 센서를 구동할 수 있다.
상기 수확된 전기 에너지량이 통신가능전력량과 같거나 그보다 크면 외부장치에 접속을 시도할 수 있다.
사용자의 눈깜박임의 수가 기준횟수와 같거나 그보다 크면 외부장치에 접속을 시도할 수 있다.
일 예에 따른 콘택트 렌즈의 구동방법은, 외부장치와 접속하는 단계; 상기 외부장치에 실시간 데이터와 함께 저장된 데이터를 전송할 것인지를 판단하는 단계; 및 상기 저장된 데이터를 함께 전송하지 않는다면, 상기 외부장치에 센서에 의해 실시간으로 검출되는 실시간 데이터를 전송하고, 상기 저장된 데이터를 함께 전송한다면, 상기 외부장치에 상기 실시간 데이터와 함께 상기 저장된 데이터를 전송하는 단계;를 포함할 수 있다.
다른 예에 따른 콘택트 렌즈의 구동방법은, 외부장치에 접속을 요청하는 단계; 상기 외부장치로부터 접속 응답을 받으면, 데이터를 전송하는 단계; 및 상기 외부장치로부터 수신완료응답을 받으면, 메모리를 리셋하는 단계;를 포함할 수 있다.
또 다른 예에 따른 콘택트 렌즈의 구동방법은, 외부장치로부터 접속을 요청받으면, 접속을 응답하는 단계; 상기 외부장치로부터 데이터 전송 명령을 받으면, 데이터를 전송하는 단계; 및 상기 외부장치로부터 수신완료응답을 받으면, 메모리를 리셋하는 단계;를 포함할 수 있다.
또 다른 예에 따른 콘택트 렌즈의 구동방법은, 외부장치로부터 무선전력이 전송되면, 파워 온 응답을 하는 단계; 상기 외부장치로부터 데이터 전송 명령을 받으면, 데이터를 전송하는 단계; 및 상기 외부장치로부터 수신완료응답을 받으면, 메모리를 리셋하는 단계;를 포함할 수 있다.
또 다른 예에 따른 콘택트 렌즈의 구동방법은, 제2 콘택트 렌즈를 외부장치에 접속을 시도하는 단계; 상기 제2 콘택트 렌즈의 상기 외부장치으로의 접속이 실패하면, 제1 콘택트 렌즈의 접속이 있는지 판단하는 단계; 및 만일 상기 제1 콘택트 렌즈의 접속이 있다면, 기설정된 시간이 경과된 후 접속을 재시도할 수 있다.
또 다른 예에 따른 콘택트 렌즈의 구동방법은, 눈깜박임을 카운트하는 단계; 및 눈깜박임의 횟수가 기설정된 값에 도달하는 경우, 발광소자를 구동하는 단계;를 포함한다. 또 다른 예에 따른 콘택트 렌즈의 구동방법은, 눈깜박임을 카운트하는 단계; 및 눈깜박임의 횟수가 기설정된 값에 도달하는 경우, 외부의 전자 기기에 눈깜박임의 횟수에 대한 정보를 전송하는 단계;를 포함한다.
또 다른 예에 따른 콘택트 렌즈의 구동방법은, 눈깜박임의 패턴을 검출하는 단계; 및 외부의 전자 기기에 상기 눈깜박임의 패턴에 대한 정보를 전송하는 단계;를 포함한다. 가령, 눈깜박임의 패턴을 검출하는 단계는 눈깜음의 지속시간에 따라 눈깜음의 지속시간이 짧은 것과 긴 것을 구분하여, 눈감박임의 패턴을 검출할 수 있다.
상기 제1 콘택트 렌즈의 센서와 상기 제2 콘택트 렌즈의 센서는 동일 종류 혹은 서로 다른 종류를 검출할 수 있다. 예를 들어, 제1 콘택트 렌즈는 착용자의 시선을 추적하고, 제2 콘택트 렌즈는 착용자의 눈깜박임을 추적할 수 있다.
개시된 실시예에 의한 콘택트 렌즈는, 에너지 수확부를 구비함으로써 자체적으로 전기 에너지를 생산할 수 있다.
에너지 수확부는 통상의 콘택트 렌즈의 두께를 크게 증가시키지 아니하므로, 사용자의 착용감을 확보할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 콘택트 렌즈를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 2는 도 1의 콘택트 렌즈를 I-I'선을 따라 본 단면도이다.
도 3은 도 1의 콘택트 렌즈의 전자소자부의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 4는 도 1의 콘택트 렌즈의 압전 소자의 평면도를 도시한다.
도 5는 도 4의 압전 소자층을 II-II'선을 따라 본 단면도이다.
도 6은 도 1의 콘택트 렌즈에서 정류회로부의 일예를 도시한 회로도이다.
도 7은 도 1의 콘택트 렌즈에서 전류 수집의 동작을 설명하는 흐름도이다.
도 8a 및 도 8b는 도 1의 콘택트 렌즈에서 전류 수집의 동작을 설명하는 도면이다.
도 9는 도 3의 압전 소자에서 발생되는 전압신호를 도시한 그래프이다.
도 10은 도 1의 콘택트 렌즈의 구동방법을 도시하는 순서도이다.
도 11은 다른 실시예에 따른 콘택트 렌즈의 압전 소자의 평면도를 도시한다.
도 12는 도 11의 압전 소자를 III-III'선을 따라 본 단면도이다.
도 13은 또 다른 실시예에 따른 콘택트 렌즈의 압전 소자의 평면도를 도시한다.
도 14는 도 13의 압전 소자를 IV-IV'선을 따라 본 단면도이다.
도 15는 또 다른 실시예에 따른 콘택트 렌즈의 측면도를 도시한다.
도 16은 또 다른 실시예에 따른 콘택트 렌즈의 평면도를 도시한다.
도 17은 또 다른 실시예에 따른 콘택트 렌즈의 측면도를 도시한다.
도 18는 도 187 압전 소자의 측면도를 도시한다.
도 19는 또 다른 실시예에 따른 콘택트 렌즈를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 20은 또 다른 실시예에 따른 콘택트 렌즈를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 21은 도 20의 콘택트 렌즈의 전자소자부의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 22는 도 20의 콘택트 렌즈의 표시부의 일 예를 도시한다.
도 23은 또 다른 실시예에 따른 콘택트 렌즈를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 24는 도 23의 콘택트 렌즈의 단면도이다.
도 25a 및 도 25b는 도 20의 콘택트 렌즈의 생물연료전지의 예들을 확대한 도면이다.
도 26은 일 실시예에 따른 콘택트 렌즈를 포함하는 시스템을 도시한다.
도 27a 내지 도 27f는 일 실시예에 따른 콘택트 렌즈의 제조 방법을 도시한다.
도 28a 및 도 28b는 다른 실시예에 따른 콘택트 렌즈의 제조 방법을 도시한다.
도 29a 내지 도 29d는 또 다른 실시예에 따른 콘택트 렌즈의 제조 방법을 도시한다.
도 30은 일 실시예에 따른 콘택트 렌즈의 구동방법을 도시하는 순서도이다.
도 31은 도 30의 흐름도에서 데이터 전송의 일 예를 도시하는 순서도이다.
도 32는 다른 실시예에 따른 콘택트 렌즈의 구동방법을 도시하는 순서도이다.
도 33은 일 실시예에 따른 콘택트 렌즈를 포함하는 시스템의 동작방법을 도시하는 순서도이다.
도 34는 다른 실시예에 따른 콘택트 렌즈를 포함하는 시스템의 동작방법을 도시하는 순서도이다.
도 35는 다른 실시예에 따른 콘택트 렌즈를 포함하는 시스템의 동작방법을 도시하는 순서도이다.
도 36은 또 다른 실시예에 따른 콘택트 렌즈를 포함하는 시스템의 동작방법을 도시하는 순서도이다.
도 37은 눈깜박임 패턴의 일예를 도시한다.
도 38은 또 다른 실시예에 따른 콘택트 렌즈를 포함하는 시스템을 도시한다.
도 39는 도 38의 시스템의 동작방법을 도시하는 순서도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭하며, 도면에서 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략한다.
도 1은 일 실시예에 따른 콘택트 렌즈를 개략적으로 도시한 사시도이며, 도 2는 도 1의 콘택트 렌즈를 I-I'선을 따라 본 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 일 실시예에 따르는 콘택트 렌즈(100)는 사용자(착용자)의 눈에 직접적으로 착용되는 렌즈부(110)와, 상기 렌즈부(110) 내에 마련되는 전자소자부(120)를 포함한다.
렌즈부(110)는 콘택트 렌즈(100)의 굴절을 담당하는 층으로서, 오목면 및 볼록면을 가지며, 상기 오목면이 눈의 각막 표면에 맞닿을 수 있다. 렌즈부(110)의 형상은 공지의 콘택트 렌즈 형상을 지닐 수 있다. 또한, 렌즈부(110)는 공지의 콘택트 렌즈의 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 소프트 렌즈의 경우, 부드러운 폴리머로 형성될 수 있으며, 하드 렌즈의 경우 경성의 폴리머로 형성될 수 있다.
전자소자부(120)는 센서부(130)와, 표시부(135)와, 센서부(130) 및 전원부(140)를 포함한다. 전원부(140)는 압전 소자(150)와, 정류 회로부(160)와, 전력 저장부(165)를 포함한다. 전자소자부(120)는 기판(121)상에 박막 제조공정을 통해 회로박막으로 형성될 수 있다. 기판(121)은 투명하며 플렉서블(flexible)한 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어 기판(121)은 PC(Polycarbonate), PET(Polyester), PEN(Polyethylenenapthalate), PES(Polyethersulfone)와 같은 공지의 고분자 소재가 사용될 수 있다. 기판(121)은 원판 형상을 지닐 수 있다. 전자소자부(120)의 회로요소들 중 압전 소자(150)는 기판(121)의 중앙부에 배치되고, 압전 소자(150)를 제외한 나머지 요소들(즉, 센서부(130), 표시부(135), 정류 회로부(160), 및 전력 저장부(165))는 압전 소자(150)의 외곽 둘레에 배치될 수 있다. 이와 같이 배치에 따라, 압전 소자(150)는 넓은 면적을 확보할 수 있으며, 센서부(130), 표시부(135), 정류 회로부(160), 및 전력 저장부(165)에 의한 투과광의 굴절 혹은 차단을 억제할 수 있다. 전자소자부(120)는 투명재질로 형성하거나, 매우 얇게 제조함으로써, 투명하게 형성할 수 있다. 예를 들어 전자소자부(120)는 수십 내지 수백 μm의 두께의 박막으로 형성될 수 있다. 경우에 따라서, 투명도가 다소 낮은 회로요소들이 있을 수 있는바, 이러한 투명도가 낮은 회로요소들은 전술한 바와 같이 압전 소자(150)의 외곽 둘레쪽에 배치하도록 함으로써, 콘택트 렌즈(100)의 투명도를 확보할 수 있다.
전자소자부(120)는 렌즈부(110) 내부에 위치할 수 있다. 경우에 따라서는, 전자소자부(120)의 일부는 렌즈부(110)의 외부에 노출되어 있을 수도 있다. 일 예로, 전자소자부(120)의 센서부(130)가 혈당 검출 센서와 같이 사용자의 눈물에 포함된 생체 물질을 검출하는 센서인 경우, 센서의 검출면은 렌즈부(110)의 외부에 노출된다.
전자소자부(120)는 렌즈부(110)와 별개로 제조되어, 렌즈부(100)의 형성시 삽입될 수 있다. 제조 방법에 따라, 렌즈부(110)는 일체의 폴리머 몰드로 형성되거나, 혹은 전자소자부(120)를 사이에 두고 2개의 층이 접합된 형태일 수 있다.
렌즈부(110)는 소정의 굴절력을 갖도록 곡면으로 형성될 수 있다. 경우에 따라서는 렌즈부(110)은 굴절력을 갖지 않도록 설계될 수도 있다. 보다 상세한 제조 방법에 대해서는 후술하기로 한다.
도 3은 전자소자부(120)의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 3을 참조하면, 센서부(130)는 사용자의 생체 정보를 검출한다. 후술하는 바와 같이 전원부(140)의 압전 소자(150)에서 발행되는 전압 파형은 사용자의 눈깜박임에 상응할 수 있는바, 센서부(130)는 압전 소자(150)에서 발행되는 전압 파형으로부터 사용자의 눈깜박임을 검출할 수 있다. 나아가, 센서부(130)는 눈깜박임을 카운트할 수도 있다.
표시부(135)는 발광소자와 발광소자의 구동회로를 포함할 수 있다. 발광소자에 따라서는 구동회로는 생략될 수도 있다. 발광소자는 예를 들어, LED(light emitting diode) 혹은 OLED(Organic Light Emitting Diode)일 수 있다. 발광소자에서 방출된 빛은 렌즈부(110) 내부에서 반사되면서 확산되면서, 사용자의 동공으로 입사되어 사용자로 하여금 발광소자의 점등을 인식할 수 있게 한다. 후술하는 바와 같이 센서부(130)에서 검출된 사용자의 정보를 기초로 표시부(135)의 발광소자가 점등함으로써 소정의 정보를 사용자에게 알릴 수 있다.
센서부(130)에서 검출된 사용자의 정보를 저장하는 메모리부(도 5의 137)가 추가적으로 마련될 수 있다. 예를 들어, 메모리부(137)는 센서부(130)에서 눈깜박임을 검출할 때마다 하나씩 카운트를 하여 눈깜박임의 횟수를 저장할 수 있다. 이러한 메모리부(137)는 예를 들어 전원이 공급되지 않을 때에도 저장된 정보가 사라지지 않도록 비활성 메모리를 사용할 수 있다. 경우에 따라서는, 센서부(130)나 표시부(135)의 회로에서 직접 눈깜박임의 횟수를 카운트할 수도 있으며, 이 경우 메모리부는 생략될 수도 있다.
전력 저장부(165)는 커패시터일 수 있다. 예를 들어, 전력 저장부(165)는 2개 전극의 마주보는 면적을 극대화하는 디자인을 갖는 슈퍼 커패시터 구조를 지닐 수 있다. 전력 저장부(165)는 차지하는 면적에 비례하여 전기 에너지의 저장 용량이 늘어날 수 있다. 이러한 점을 고려하여 전력 저장부(165)는 도 1에 도시되듯이, 압전 소자(150)의 둘레를 따라 환형(ring shape)으로 형성될 수 있다.
압전 소자(150)는 사용자의 눈 부위의 움직임에 의해 발생되는 역학적 에너지를 전기 에너지를 변환하는, 즉 수확하는 에너지 수확부(energy harvesting unit)의 일 예이다. 여기서 눈 부위는 안구 자체뿐만 아니라, 눈꺼풀, 눈물관, 안구 표면에 있는 눈물, 바깥눈 근육(외안근) 등 중 적어도 하나를 지칭하는 용어로 사용되었다. 역학적 에너지는 역학적인 상태에 의해서 정해지는 에너지로 기계적 에너지라고도 불릴 수 있으며 물체의 운동 에너지와 위치에너지의 합으로 이루어 지는데 마찰이 없을 때에는 역학적 에너지 보전 법칙이 적용된다.
도 4는 도 1의 콘택트 렌즈의 압전 소자(150)의 평면도를 도시하며, 도 5는 도 4의 압전 소자(150)를 II-II'선을 따라 본 단면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 압전 소자(150)는 압전층(151)과, 압전층(151)에 접촉하여, 상기 압전층(151)의 변형에 의해 발생되는 전기를 수집하는 제1 및 제2 전극(152, 153)을 포함한다.
압전층(151)은 예를 들어 BaTiO3, PZT(Lead Zirconate Titanate), PVDF(Polyvinylidene Fluoride)과 같은 압전물질로 형성될 수 있다. 압전층(151)은 수 μm 내지 수십 μm의 두께로 형성되어, 가시광선에 대해 투명하면서 플렉서블한 특성을 지니도록 할 수 있다. 이러한 압전층(151)은, 후술하는 바와 같이, 사용자의 눈꺼풀 움직임에 따라 눈꺼풀과 눈사이에 착용된 콘택트 렌즈(100) 자체에 가해지는 압력에 의해 변형되어 전기 에너지를 생산한다.
제1 및 제2 전극(152, 153)은 전도성 물질로 형성된다. 예를 들어, 제1 및 제2 전극(152, 153)은 금, 은과 같은 도전성이 좋은 금속이나, 인듐 주석 산화물(indium tin oxide, ITO)과 같은 투명 전도성 산화물(transparent conducting oxide, TCO), ZnO, InO, GaO, SnO 등의 비정질 금속 산화물(amorphous metal oxide material)로 형성될 수 있다. 제1 및 제2 전극(152, 153)은 은나노와이어(silver nanowire), 탄소나노튜브(carbon nanotube, CNT), 그래핀(graphene), 전도성 고분자(conducting polymer)과 같은 투명 전극 소재가 단일 혹은 복합되어 사용될 수도 있다. 이러한 제1 및 제2 전극(152, 153)은 도 4에 도시되듯이, 압전층(151) 상에 이격되어 배치될 수 있다. 나아가, 상기 제1 및 제2 전극(152, 153)은 서로 마주보며, 각각 복수의 지점에서 서로를 향하여 길게 연장되어 서로 교번하여 배치된 콤 전극(comb electrodes) 구조를 지닐 수 있다. 이때, 제1 및 제2 전극(152, 153)의 이격 간격(D1)은 압전 소자(150)에서 수집되는 전기 에너지의 전압 크기에 비례하는바, 요구되는 전압의 크기에 맞게 결정될 수 있다. 예를 들어 제1 및 제2 전극(152, 153)의 이격 간격(D1)은 100μm 내지 500μm의 범위내에서 결정될 수 있다. 또한 제1 및 제2 전극(152, 153)이 서로 마주보는 영역(길이)에 수집되는 전기 에너지의 전류 크기에 비례하는바, 콤 전극 구조에서 제1 및 제2 전극(152, 153)은 서로 마주보는 영역(길이)가 길게 확보되어, 요구되는 전류의 크기를 만족시킬 수 있다. 경우에 따라서, 제1 및 제2 전극(152, 153)의 교번하는 배치는 격자 패턴을 이루어 그레이팅의 기능(예를 들어, 편광 필터링)을 수행하도록 할 수도 있다.
제1 및 제2 전극(152, 153)의 폭(T)은 제1 및 제2 전극(152, 153)을 이루는 재질의 투명도에 따라 적절히 설계될 수 있다. 가령, 제1 및 제2 전극(152, 153)을 이루는 재질의 투명도가 낮다면, 제1 및 제2 전극(152, 153)의 폭을 얇게 하여, 요구되는 투명도를 확보할 수 있다.
도 6은 본 실시예의 콘택트 렌즈(100)에서 정류회로부(160)를 도시한 회로도이다. 도 6에서 참조번호 154, 155는 압전 소자(150)의 제1 및 제2 전극(152, 153)과 전기적으로 연결되는 전극 패드를 나타낸다. 도 6에 도시되는 것처럼, 정류회로부(160)는 다이오드(161)로 이루어진 브릿지 회로로 구성될 수 있다. 정류회로부(160)는 압전 소자(150)에서 생성된 전기 에너지의 교번하는 전압을 정류하여, 전력 저장부(165)에 저장한다. 도 6에 도시되는 브릿지 회로는 정류회로부(160)의 일 예이며, 본 실시예는 이에 한정되지 않으며, 공지의 정류회로가 채용될 수 있음은 물론이다.도 7은 콘택트 렌즈(100)에서 전류 수집의 동작을 설명하는 흐름도이며, 도 8a 및 도 8b는 본 실시예의 콘택트 렌즈(100)에서 전류 수집의 동작을 설명하는 도면이며, 도 9는 압전 소자(150)에서 발생되는 전압신호를 도시한 그래프이다. 도 8a 및 도 8b에서 참조번호 EL은 눈꺼풀을 나타내며, 참조번호 T는 눈물을 나타내며, E는 안구를 나타내며, P는 동공을 나타낸다.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 눈꺼풀(EL)이 열린 상태에서(S201), 압전 소자(150)의 압전층(151)은 외력이 가해지지 아니하므로, 기저상태에 있으며(S202), 전력은 공급되지 않고 있다(S203). 사용자(즉, 콘택트 렌즈의 착용자)가 눈꺼풀(EL)을 깜박이는 동작을 하면(S204), 눈꺼풀(EL)의 움직임 및 눈꺼풀(EL) 주변 근육의 수축으로 인해 렌즈층(110)의 표면(110a)에 쓸림 현상이 발생한다(S205). 이러한 눈꺼품(EL)의 쓸림에 의해 렌즈층(110)의 표면(110a)에 소정의 압력이 가해지며, 이러한 압력은 압전 소자(150)에 전달된다(S206). 압전 소자(150)에 압력이 가해지면, 압전층(151)의 결정구조가 변형되고(S207), 여기상태가 발생하고(S208), 발생된 여기 상태에 의한 기전력에 의해 전자가 제1 및 제2 전극(151, 152)로 이동되게 된다(S209). 압전 소자(150)의 압전층(151)은 눈꺼풀의 움직임에 의해 굽히고 펴지는 동작을 반복함에 따라 교번하는 전압을 발생시키게 된다(S210). 가령, 눈꺼풀이 닫히는 움직임에 의해 압전층(151)이 굽혀지고 이에 따라 압전 소자(150)는 양(+)의 전압을 발생시키고, 눈꺼풀이 펴지는 움직임에 의해 압전층(151)이 펴지고 이에 따라 압전 소자(150)는 음(-)의 전압을 발생시킬 수 있다. 이와 같이, 눈꺼풀의 깜박임에 따라 전압이 대략적으로 양의 전압과 음의 전압이 1회 교번하게 될 수 있다. 상기와 같은 눈꺼풀의 움직임 외에도 안구의 움직임과 같이 눈 부위에서 압전 소자(150)에 휨이 발생될 수 있는 요인들이 있을 수 있으며, 압전 소자(150)는 이러한 요인들에 의해서도 전기 에너지를 생산할 수 있을 것이다. 압전 소자(150)에서 발생되는 전기 에너지는 정류 회로(160)를 거쳐 정류되고, 전력 저장부(165)에 저장되며, 센서부(130)에 전기 에너지를 공급할 수 있게 된다(S211).
도 10은 도 1의 콘택트 렌즈의 구동방법을 도시하는 순서도이다.
본 실시예의 전원부(140), 즉 압전 소자(150), 정류 회로부(160), 및 전력 저장부(165)는 모두 수동소자(passive device)로 구성될 수 있으므로, 사용자가 콘택트 렌즈(100)를 착용하게 되면, 별도의 조작이나 제어 없이 즉시 압전 소자(150)에 의해 전기 에너지를 생산할 수 있다(S210). 전술한 바와 같이 생산된 전기 에너지가 센싱가능전력량에 도달하게 되면, 센서부(130)는 생산된 전기 에너지를 이용하여 눈깜박임을 검출한다(S220). 압전 소자(150)에 의해 생산된 전기 에너지가 센서부(130)를 구동하는데 요구되는 최소한 전력량(이하, 센싱가능전력량)에 달하게 되면, 자동적으로 센서부(130)는 구동될 수 있다. 일예로, 센서부(130)는 압전소자(150)에서 발생되는 전압의 파형(도 9 참조)에서 피크를 카운팅함으로써 눈깜박임을 구분하여 셀 수 있다. 다른 예로, 센서부(130)는 별도의 포토 다이오드(미도시)를 구비하여, 눈깜박임을 검출할 수도 잇다. 가령, 눈꺼풀이 닫하게 되면 빛이 차단되고, 눈꺼풀이 열리게 되면, 포토 다이오드에 빛이 도달하게 되므로, 포토 다이오드에 의해 눈깜박임이 검출될 수 있다. 센서부(130)가 눈깜박임을 검출하게 되면, 메모리부(137)에 눈깜박임의 횟수를 저장한다(S230). 눈깜박임이 검출될 때마다, 메모리부(137)에 저장된 눈깜박임의 횟수는 1씩 증가된다. 이러한 눈깜박임의 카운트는 계속 반복될 수 있다. 눈깜박임의 횟수가 기준 횟수에 달하게 되면, 표시부(135)의 발광소자를 구동하고(S250), 메모리부(137)에 저장된 값을 리셋시키며(S260), 다시 눈깜박임의 카운트를 반복한다.
예를 들어, 눈깜박임의 횟수는 사람에 따라 다소 차이가 있으나, 일상에서 정상인은 분당 대략 15 내지 20회 정도이다. 따라서, 눈깜박임의 횟수를 기준으로 대략적인 시간 카운트를 할 수 있다. 가령, 센서부(130)에서 검출된 눈깜박임의 휫수가 기준 횟수에 달하게 되면, 콘택트 렌즈(100)는 표시부(135)의 발광소자를 발광시킴으로써, 사용자에게 소정 시간의 경과를 통지할 수 있을 것이다. 본 실시예의 콘택트 렌즈(100)는 주기적으로 사용자에게 시간 경과를 알릴 필요가 있을 때에 사용될 수 있을 것이다. 가령, 위험한 일을 하거나 주기적으로 반복되는 일을 할 때에 사용자에게 소정 시간의 경과를 알려, 주의를 주거나 혹은 후속하는 일을 할 차례에 도달했음을 알릴 수 있다.
전술한 실시예에서 압전 소자(150)는 압전층(151)의 동일 면에 제1 및 제2 전극(151, 152)이 형성되고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 도 11은 다른 실시예에 따른 콘택트 렌즈의 압전 소자(350)의 평면도를 도시하며, 도 12는 도 11의 압전 소자(350)를 III-III'선을 따라 본 단면도이다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 압전 소자(350)는 압전층(151)과, 압전층(151)의 양면에 마련되는 제1 및 제2 전극(352, 353)을 포함한다. 제1 및 제2 전극(352, 353)은 도 11에 도시되듯이 격자 패턴으로 형성될 수 있다. 참조번호 352a 및 254는 상부면에 형성되는 제1 전극(352)의 배선을 위한 패드 및 비아홀을 각각 나타낸다. 제1 및 제2 전극(352, 353)가 격자 패턴을 가지게 되면, 격자 사이의 공간이 핀홀 효과 같은 역할을 할 수 있다. 핀홀 효과란 다양한 경로에서 오는 빛의 일부를 차단하여 다양한 위치에서 상이 생기는 것을 막아 선명한 상으로 볼 수 있도록 하는 효과를 의미한다. 이와 같이 제1 및 제2 전극(352, 353)의 전극 패턴은 핀홀 효과를 고려하여 설계될 수 있다. 예를 들어, 가시광선에 대해 핀홀 효과를 확보할 수 있도록 제1 및 제2 전극(352, 353)의 전극 패턴의 격자 간격(G1, G2)는 100μm와 같거나 그 보다 크도록 설계될 수 있다.
도 13은 또 다른 실시예에 따른 콘택트 렌즈의 압전 소자의 평면도를 도시하며, 도 14는 도 13의 압전 소자를 IV-IV'선을 따라 본 단면도이다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 압전 소자(450)는 압전층(151)과, 압전층(151)의 양면에 마련되는 제1 및 제2 전극(452, 453)을 포함한다. 제1 전극(452)은 압전층(151)의 일 면상에서 복수의 지점에서 제1 방향으로 길게 연장되어 형성된 콤 전극 형상을 가지며, 제2 전극(453)은 압전층(151)의 배면상에서 복수의 지점에서 제2 방향으로 길게 연장되어 형성된 콤 전극 형상을 가질 수 있다. 이때, 제1 방향과 제2 방향은 직교할 수 있다. 이에 따라, 제1 및 제2 전극(452, 453)은, 협동하여 도 1에 도시되듯이, 상방에서 볼 때 격자 패턴을 형성한다. 따라서, 제1 전극(452)의 간격(G1') 및 제2 전극(453)의 간격(G2')은 핀 홀 효과를 고려하여 설계될 수 있다. 예를 들어, 가시광선에 대해 핀홀 효과를 확보할 수 있도록 제1 및 제2 전극(452, 453)의 전극 패턴의 격자 간격(G1', G2')는 100μm와 같거나 그 보다 크도록 설계될 수 있다.
본 실시예는 제1 전극(452)의 연장 방향과 제2 전극(453)의 연장 방향이 직교하는 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 전극(452)의 연장 방향과 제2 전극(453)의 연장 방향은 서로 평행할 수 있으며, 또는 제1 전극(452)의 연장 방향과 제2 전극(453)의 연장 방향은 90도가 아닌 예각(혹은 둔각)일 수도 있다.
또한 본 실시예는 제1 및 제2 전극(452, 453)이 복수의 지점에서 각각 길게 연장되어 형성된 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또 다른 예로, 제1 및 제2 전극(452, 454)은 지그재그 패턴으로 형성될 수 있다.
도 1 내지 10을 참조하여 설명한 실시예에서, 센서부(130), 전원부(140)의 정류 회로(160) 및 전력 저장부(165)가 압전 소자(150)와 동일한 층에 마련된 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 도 15는 또 다른 실시예에 따른 콘택트 렌즈(500)의 단면도를 도시한다. 도 15를 참조하면, 전자소자부를 구성하는 회로 박막(520)은 회로층(521)과 압전 소자층(522)의 2중층 구조를 지닐 수도 있다.
렌즈부(110)의 사용자의 눈에 직접 맞닿는 면(110b)을 기준으로, 압전 소자층(522)은 회로층(521)보다 먼 쪽에 위치할 수 있다. 달리 말하면, 압전 소자층(522)은, 콘택트 렌즈(500)의 사용자 착용시, 외부에 노출되는 쪽에 위치하여, 압전 소자층(522)가 눈꺼풀의 움직임에 상응하여 좀 더 효과적으로 변형될 수 있도록 할 수 있다.
회로층(520)은 센서부(도 1의 130), 전원부(도 1의 140)의 정류 회로(도 1의 160) 및 전력 저장부(도 1의 165)를 모두 포함할 수 있다. 콘택트 렌즈의 투명성을 향상시키기 위하여 회로층(520)의 각종 회로요소들은 회로층(520)의 외곽에 위치할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 회로층(520)의 각종 회로요소들 중 투명성이 확보된 회로요소들은 중앙 부분에 위치할 수도 있을 것이다. 여기서 투명성이라 함은 가시광선 대역에서의 투명함을 의미하며, 일부 불투명한 부분이 있더라도 사용자가 콘택트 렌즈를 사용할 때 불편함이 없을 정도이면 충분할 수 있다.
도 15를 참조한 설명한 콘택트 렌즈(500)는 회로층(521)과 압전 소자층(522)의 2중층 구조의 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 회로층(521)을 구성하는 일부 회로요소들은 압전 소자층(522)에 형성될 수도 있다. 도 16은 또 다른 실시예에 따른 콘택트 렌즈(501)의 평면도를 도시한다. 도 16을 참조하면, 정류 회로(560) 및 전력 저장부(565)는 압전 소자(550)와 동일한 층에 형성될 수 있다. 압전 소자(550)는 콘택트 렌즈(501)의 중앙 영역에 마련되고, 정류 회로(560) 및 전력 저장부(565)는 콘택트 렌즈(501)의 외곽 영역에 마련될 수 있다. 나아가, 전력 저장부(565)는 압전 소자(550)의 둘레를 따라 형성되는 환형의 커패시터일 수도 있다. 센서부(미도시)은 도 15에 도시된 것처럼, 회로층(도 15의 520)에 마련될 수 있다.
도 1 내지 도 16을 참조하여 설명한 실시예에서 압전 소자(150)는 단층의 압전층(151)을 구비한 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 도 17은 또 다른 실시예에 따른 콘택트 렌즈(600)의 측면도를 도시하며, 도 18은 도 17의 압전 소자층(650)의 측면도를 도시한다.
도 17 및 도 18을 참조하면, 본 실시예의 콘택트 렌즈(600)에서 전자소자부를 구성하는 회로 박막(620)은 회로층(630)과 압전 소자층(650)의 2중층 구조를 지니며, 나아가, 압전 소자층(650)은 제1 압전 소자층(651)과, 제2 압전 소자층(652)을 포함한다. 렌즈부(110)의 사용자의 눈에 직접 맞닿는 면을 기준으로, 압전 소자층(650)은 회로층(630)보다 먼 쪽에 위치할 수 있다. 제1 압전 소자층(651)과, 제2 압전 소자층(652)은 회로층(630) 상에 적층된 형태일 수 있다. 제1 압전 소자층(651)은 제1 압전층(651a)과, 제1 압전층(651a)의 양면에 마련된 제1 및 제2 전극(653, 854)을 포함하며, 제2 압전 소자층(652)은 제2 압전층(652a)과, 제2 압전층(652a)의 양면에 마련된 제1 및 제3 전극(653, 855)을 포함할 수 있다. 이때, 제1 전극(653)은 제1 압전 소자층(651)과 제2 압전 소자층(652)의 사이에 있는 것으로서, 제1 및 제2 압전 소자층(651, 852)에 대해 공통의 전극으로 사용될 수 있다. 물론, 제1 및 제2 압전 소자층(651, 852)의 전극은, 도 4에 도시된 전극 구조와 유사하게, 각각에 대해 한 층에만 형성될 수도 있다. 제1 및 제2 압전 소자층(651, 852)의 전극들의 패턴으로 전술하여 설명한 다양한 형태의 전극 패턴이 채용될 수 있다. 회로층(630)은 센서부(도 1의 130), 전원부(도 1의 140)의 정류 회로(도 1의 160) 및 전력 저장부(도 1의 165)를 모두 포함할 수 있다. 콘택트 렌즈의 투명성을 향상시키기 위하여 회로층(630)의 각종 회로요소들은 회로층(630)의 외곽에 위치할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 회로층(630)의 각종 회로요소들 중 투명성이 확보된 회로요소들은 중앙 부분에 위치할 수도 있을 것이다.
본 실시예는 회로층(630)과 압전 소자층(650)이 서로 다른 층에 마련된 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 회로층(630)을 구성하는 일부 회로요소들은 압전 소자층(650)와 동일한 층에 마련될 수 있음은 물론이다. 이 경우, 센서부층(630)은 압전 소자층(650)의 외곽 둘레에 마련될 수도 있다.
본 실시예는 압전 소자층(650)이 2층 구조인 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 당업자라면, 본 실시예의 2층 구조의 압전 소자층(650)으로부터 3층 이상의 다층 구조인 구조를 용이하게 도출할 수 있을 것이다.
도 19는 또 다른 실시예에 따른 콘택트 렌즈(700)를 개략적으로 도시한 평면도이다.
본 실시예의 콘택트 렌즈(700)에서 전자소자부를 구성하는 회로 박막(720)은 회로층(7930)와, 스페이서(770)와, 압전 소자층(650)을 포함한다. 스페이서(770)는 회로박막(720)의 회로층(730)과 렌즈부(110) 사이에 마련될 수 있다. 또는 스페이서(770)는 회로박막(720) 내의 압전 소자층(750)과 회로층(730) 사이에 위치할 수도 있다. 스페이서(770)는 공기층이나 액체층이나, 또는 매우 유연한 소프트 물질층일 수 있다. 스페이서(770)를 사이에 둔 상하층의 이격이 유지될 수 있도록 스페이서(770)에는 다수의 기둥들(미도시)이 있을 수도 있다. 스페이서(770)는 눈꺼풀의 움직임에 따라 발생되는 변형력이 렌즈부(110)의 배면쪽이나, 회로층(730)에 전달되는 것을 감소시켜, 그 상부에 위치하는 압전 소자층(750)이 눈꺼풀의 움직임에 따라 더욱 잘 변형될 수 있도록 하는 역할을 수행한다.
도 20은 또 다른 실시예에 따른 콘택트 렌즈(800)를 개략적으로 도시한 평면도이며, 도 21은 도 20의 콘택트 렌즈(800)의 전자소자부(820)의 블록도이다.
도 20 및 도 21을 참조하면, 콘택트 렌즈(800)는 렌즈부(810)와, 렌즈부(810) 내에 마련된 전자소자부(820)를 포함한다. 전자소자부(820)는 센서부(830), 제어부(833), 표시부(835), 메모리부(837), 통신부(838), 및 전원부(840)를 포함한다. 센서부(830), 제어부(833), 표시부(835), 메모리부(837), 및 통신부(838)는 데이터 버스를 통해 정보나 제어 명령을 전송하고 전송받으며, 전원부(840)로부터 전력을 공급받는다. 전자소자부(820)의 구성을 제외한 나머지 구성들(예를 들어, 렌즈부(810) 등)은 전술한 실시예들의 구성과 실질적으로 동일할 수 있으므로, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다. 또한, 전원부(840)의 구성 역시 전술한 실시예들의 구성과 실질적으로 동일할 수 있으므로, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
센서부(830)는 사용자의 정보를 검출하는 것으로서, 예를 들어 바이오 센서, 광검출 센서, 자이로 센서, 관성 센서 및 지자기 센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
예를 들어, 바이오 센서는 사용자의 눈물에 포함된 생체 물질을 검출하는 센서로서, 예를 들어, 혈당 검출 센서일 수 있다.
다른 예로서, 센서부(830)는 MEMS형 자이로 센서 및 MEMS형 관성 센서 (또는 가속도 센서) 중 적어도 하나를 구비하여, 사용자의 안구의 움직임을 검출할 수 있다. 달리 말하면, 센서부(830)는 사용자의 안구의 움직임을 검출함으로써, 사용자의 시선을 추적할 수 있다. 예를 들어, 콘택트 렌즈는 센서부(830)로서 자이로 센서와 3축 가속도 센서를 복합적으로 내장하고 자이로 센서와 3축 가속도 센서로부터 검출되는 신호를 복합적으로 이용하여 눈동자의 움직임을 추적하거나 눈동자의 이동 위치를 검출할 수 있을 것이다. 가속도 센서는 특정 힘을 측정하는 센서이다. 지상에서 항상 아래 방향으로 중력가속도를 받게 되므로, z축의 +방향이 지구의 중심을 나타낸다면 가속도 센서의 z축은 지면과 수직상태에서 -g값을 출력하게 된다. 장착된 물체의 기울기가 변경되면 중력은 z축 가속도 센서뿐만 아니라 x, y축 가속도 센서에도 영향을 미치게 된다. 한편, 콘택트 렌즈가 임의의 방향으로 이동할 경우를 대비하여 회전각을 측정하는 자이로 센서를 복합적으로 이용할 수 있다. 자이로 센서로서, 예를 들어 신호를 처리하는 알고리즘에 따라 1deg/hr(무입력 상태에서 1시간 동안 자세가 1도 변화함)급의 MEMS형 자이로 센서가 사용될 수 있다. MEMS형 자이로 센서는 대체적으로 회전각속도를 측정하는 방식으로서, 샘플링 시마다 회전각 속도를 읽을 수 있다. 즉, 회전각은 자이로 센서의 측정된 회전각속도와 샘플링시간의 곱으로 주어질 수 있다. 콘택트 렌즈의 위치는 초기에 검출된 롤(roll). 피치(Pitch), 요(yaw) 각도에서부터 자이로 센서로 계산된 회전각을 누적시키는 과정의 업데이트를 통해 추적할 수 있다. 가속도 센서를 자이로 센서와 함께 복합적으로 사용함으로써, 자이로 센서 가 가지는 누적오차를 보상할 수 있다. 예를 들어, 가속도 센서는 센서의 출력을 이용하여 직접적으로 롤과 피치를 검출할 수 있으므로 시간에 따른 적분을 수행하지 않아도 된다. 또한, 가속도 센서를 복합적으로 사용함으로써, 온도와 랜덤 워크 노이즈(random walk noise)를 제외하고 운영 시간에 따른 오차의 누적이 발생하지 않을 수 있다. 자이로 센서에서 검출될 수 있는 요(yaw) 값 역시 누적 오차를 발생시킬 수 있는바, 지자기센서를 이용한 칼만 필터(Kalman filter)를 통해 요값에 대한 누적 오차를 보상할 수도 된다.
또 다른 예로서, 센서부(830)는 압전 소자(850)에서 발생되는 전압의 교번되는 파형이 눈꺼풀의 깜박임에 상응한다는 점을 고려하여, 압전 소자(850)에서 발생되는 전압의 파형으로부터 눈깜박임의 횟수를 셀 수 있다. 또 다른 예로, 눈꺼풀의 깜박임에 따라 외광의 차단되므로, 센서부(830)는 포토 다이오드와 같은 광검출 센서를 포함하여 광검출 센서에 입력되는 신호로부터 눈깜박임의 횟수를 셀 수도 있을 것이다. 시간당 눈깜박임 횟수는 개인적 편차가 있기는 하지만, 착용자 본인에 있어서 평온한 상태에서의 시간당 눈깜박임 횟수는 일정할 수 있다. 따라서, 회로 박막(820)에 별도의 타이머가 마련되어 있지 않은 경우, 눈깜박임 횟수를 대략적인 시간 기준으로 이용할 수 있다. 또한, 눈깜박임 횟수는 착용자의 피로 상태, 긴장 상태 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 후술하는 바와 같이, 콘택트 렌즈와 연동하는 외부 장치에 주기적으로 눈깜박임 횟수에 대한 정보를 전송함으로써, 착용자의 현재 상태를 파악할 수도 있다. 또한, 센서부(830)는 사용자의 눈깜음의 지속시간이나 눈깜음과 눈깜음 사이의 시간간격을 검출할 수도 있다.
제어부(833)는 콘택트 렌즈의 전반적인 동작을 제어한다. 예를 들어, 제어부(833)는, 메모리(837)에 저장된 프로그램들을 실행함으로써, 센서부(830), 표시부(835), 통신부(838) 등을 제어할 수 있다.
일 예로, 제어부(833)는 압전 소자(850)에서 발생된 전압의 파형으로부터 눈깜박임을 카운팅하여 메모리(837)에 눈깜박임 횟수를 저장하도록 할 수 있다.
다른 예로, 제어부(833)는 소정의 눈깜박임 횟수마다 센서부(830)를 구동할 수 있다. 또 다른 예로, 제어부(833)는 전력 저장부(865)에 축전된 전력량이 센서부(830)를 구동하는 데 요구되는 최소 전력량(이하, 센싱가능전력량)을 만족하는지 여부를 판단하여, 만일 축전된 전력량이 센싱가능전력량과 같거나 그보다 크다면, 상시적으로 센서부(830)가 구동하도록 제어할 수 있다.
또 다른 예로, 제어부(833)는 전력 저장부(865)에 축전된 전력량이 통신하는데 필요한 최소 전력량(이하, 통신가능전력량)을 만족하는지 여부를 판단하여, 만일 축전된 전력량이 통신가능전력량과 같거나 그보다 크다면, 통신부(838)로 하여금 외부 장치와 통신을 하도록 제어할 수 있다.
또 다른 예로, 제어부(833)는 외부 장치로부터 데이터 전송명령을 전송받으면, 메모리(837)에 저장된 데이터를 전송토록 하고, 외부 장치로부터 수신 완료 응답을 받으면, 메모리(837)에 저장된 데이터를 제거하여 리셋하도록 할 수 있다.
또 다른 예로, 제어부(833)는 사용자의 눈깜박임의 패턴에 대응된 일련의 제어를 수행할 수도 있다. 일 예로, 눈깜음의 지속시간이 긴 경우를 제1 눈깜박임이라 하고, 눈깜음의 지속시간이 짧은 경우를 제2 눈깜박임이라 할 때, 제1 눈깜박임들과 제2 눈깜박임들의 다양한 조합에 대응하여 문자를 생성시켜 외부로 전송하거나, 혹은 제어(가령, 외부와의 통신 시도, 센서부(830)를 통한 혈당 농도 측정 등)를 할 수 있다.
메모리(837)는 제어부(833)를 동작시키는 일련의 제어 명령을 저장하거나, 센서부(830)에서 측정된 정보를 저장한다. 센서부(830)에서 측정된 정보가 메모리(837)의 저장용량을 넘는 경우, 메모리(837)는 가장 과거의 정보부터 순차적으로 지우고, 최신의 측정 정보를 저장할 수 있다. 메모리(837)로는 예를 들어 비활성 메모리를 사용할 수 있다.
표시부(835)는 센서부(830)에서 검출된 사용자의 정보를 표시할 수 있다. 이러한 표시부(335)는 발광소자와 발광소자의 구동회로를 포함할 수 있다. 발광소자에 따라서는 구동회로는 생략될 수도 있다. 발광소자는 예를 들어, LED 혹은 OLED일 수 있다. 예를 들어, 콘택트 렌즈는 내장되어 있는 센서듈(831)에서 획득된 정보 자체(raw data)나 가공된 정보를 주기적으로 저장하면서 일정 주기에 따라 기준값(reference value)와의 비교를 통해 현재 착용자의 신체가 처한 위험상황을 확인할 수 있으며, 이에 대하여 본 실시예의 콘택트 렌즈는 내장된 표시부(835)를 이용하여 경고 지시할 수 있다.
도 21은 표시부(835)의 일 예를 도시한다. 도 21을 참조하면, 표시부(835)는 4개의 발광소자(835a, 135b, 135c, 135d)를 포함할 수 있다. 발광소자(835a, 135b, 135c, 135d)의 일부 소재는 불투명할 수 있으며, 이러한 경우 콘택트 렌즈의 착용시 동공의 외곽, 즉, 콘택트 렌즈의 외곽 둘레를 따라 배치될 수 있다. 4개의 발광소자(835a, 135b, 135c, 135d)는 90도 간격으로 배치될 수 있다. 4개의 발광소자(835a, 135b, 135c, 135d)는 독립적으로 발광될 수 있다. 이러한 발광소자(835a, 135b, 135c, 135d)는 예를 들어, LED, 혹은 유기 EL소자일 수 있다. 발광소자(835a, 135b, 135c, 135d)에서 방출된 빛은 렌즈부(810) 내에서 반사되면서 확산되지만, 발광소자(835a, 135b, 135c, 135d) 중 발광되는 쪽이 좀 더 밝다. 따라서, 발광소자(835a, 135b, 135c, 135d)의 발광 패턴을 이용하여 사용자에게 정보를 전달할 수 있다. 물론, 4개의 발광소자(835a, 135b, 135c, 135d)의 배치는 예시적인 것이며, 본 실시예는 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 표시부(835)는 하나의 발광소자를 포함하거나, 혹은 환형의 발광소자를 포함할 수도 있다.
다시 도 20을 참조하면, 통신부(838)는 안테나(839)를 통해 외부 장치(도 26의 1220)와 무선 통신하는 것으로서, 센서부(830)에서 검출된 정보를 외부 장치(1220)에 전달할 수 있다. 나아가, 외부 장치(1220)로부터 제어 명령을 전송받을 수도 있다. 안테나(839)는 압전 소자(850)의 외곽을 둘러싸는 환형의 형상으로 형성될 수 있다. 전술한 실시예에서와 같이 전력 저장부(865)는 환형의 커패시터로 이루어질 수 있으며, 이 경우 안테나(839)는 전력 저장부(865)의 외곽 둘레에 배치되어 전력 저장부(865)에 의한 전파지향성 영향을 최소화할 수도 있다. 물론, 안테나(839)는 이러한 환형의 형상에 한정되지 아니하며, 소정의 패턴으로 형성되거나, 환형의 일부가 패턴으로 형성될 수도 있다. 나아가, 전력 저장부(865)의 일부가 안테나(839)로 활용될 수도 있다.
본 실시예는 전자소자부(820)가 단층으로 구성된 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 안테나(839)가 마련된 층과 전력 저장부(865)가 마련된 층은 서로 다른 층일 수 있다. 가령, 안테나(839)는 압전 소자(850)와 같은 층에서 압전 소자(850)의 외곽 둘레에 배치되고, 전력 저장부(865)는 다른층에 배치될 수 있다. 또는 전력 저장부(865)는 압전 소자(850)와 같은 층에서 압전 소자(850)의 외곽 둘레에 배치되고, 안테나(839)는 다른 층에 마련될 수도 있다.
전술한 실시예에는 통신부가 있는 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 도 23은 또 다른 실시예에 따른 콘택트 렌즈의 전자소자부(920)의 블록도를 도시한다. 도 23을 참조하면, 본 실시예의 콘택트 렌즈의 전자소자부(920)는 센서부(930), 제어부(933), 표시부(935), 메모리부(937), 및 전원부(940)를 포함한다. 본 실시예의 전자소자부(920)는 도 20 내지 도 22를 참조하여 설명한 실시예의 전자소자부(920)에서 통신부(938) 및 안테나(939)가 생략된 것으로 이해될 수 있다. 센서부(930)에서 검출한 정보는 표시부(935)에 표시할 수 있다. 일 예로, 제어부(933)는 눈깜박임 횟수를 메모리부(937)에 저장하고, 소정의 눈깜박임 횟수마다 표시부(935)에 표시(예를 들어, 발광소자(도 22의 135a, 135b, 135c, 135d)를 발광)함으로써, 착용자로 하여금, 개략적인 시간 카운팅을 할 수 있도록 보조할 수 있을 것이다. 센서부(930)가 혈당 검출 센서와 같은 바이오 센서인 경우, 신호처리부(938)는 검출되는 센서부(930)에서 검출된 신호를 분석하여 사용자의 혈당을 계산하고, 제어부(933)는 추정된 혈당이 소정의 임계치를 넘어설 때 표시부(935)에 혈당등이 위험하다는 표시를 하도록 할 수 있을 것이다.
도 24a는 또 다른 실시예에 따른 콘택트 렌즈(1000)를 개략적으로 도시한 평면도이며, 도 24b는 도 24a의 콘택트 렌즈(1000)의 단면도이다.
도 24a 및 도 24b를 참조하면, 콘택트 렌즈(1000)는 렌즈부(1010, 1011)과, 렌즈부(1010, 1011) 내에 위치하는 회로부(1030)와, 전원부를 포함한다. 도 24b에서 렌즈부(1010, 1011)은 2개의 층으로 도시되어 있으나, 하나의 렌즈 몸체일 수 있다.
회로부(1030)는 사용자의 생체 정보를 검출하는 센서부(도 1의 130, 도 21의 830, 도 23의 930 참조)를 포함할 수 있다. 나아가, 회로부(1030)는 센서부에서 검출한 생체 정보나 그밖의 정보를 표시하는 표시부(도 1의 135, 도 21의 835, 도 23의 935 참조)를 더 포함할 수 있다. 회로부(1030)는 제어부(도 21의 833), 메모리부(도 21의 837), 및 통신부(도 21의 838)를 더 포함하여, 센서부에서 검출한 생체 정보를 처리하거나 외부 장치와 통신할 수도 있다. 표시부, 제어부, 메모리부, 및 통신부 중 일부의 구성요소는 생략될 수 있음은 물론이다. 이러한 회로부(1030)의 구성은 전술한 실시예들에서 대응되는 구성과 실질적으로 동일하므로, 상세한 설명은 생략하도록 한다.
전원부는 생물연료전지(1050)을 포함할 수 있다. 또한, 전원부는 생물연료전지(1050)에서 생산된 전기 에너지를 저장하는 전력 저장부(도 1의 165 참조)를 더 포함할 수 있다. 전력 저장부는 초소형 슈퍼 커패시터와 같은 커패시터를 포함할 수 있으며, 예를 들어 렌즈부(1010, 1011)의 외곽 둘레를 따라 마련될 수 있다. 도 24b에 도시된 참조번호 1056은 생물연료전지(1050)에서 획득된 전기 에너지를 회로부(1030)에 전달하는 배선 라인을 나타낸다.
생물연료전지(1050)는 눈물에 미량 포함된 성분과 전극과의 반응을 통해 발생되는 생물화학적 에너지에서 전기 에너지를 생산하는 즉 수확하는 에너지 수확부의 다른 예이다. 여기서 생물화학적 에너지는 생물 에너지와 화학적 에너지 중 적어도 하나이상을 포함할 수 있다. 예를 들면, 생물연료전지(1050)는 눈물에 포함된 미량의 당이나 무기질에서 효소나 미생물을 이용하여 전기 에너지를 생산할 수 있다.
생물연료전지(1050)는 눈물을 수집하는 수집부를 포함할 수 있다. 수집부는 렌즈부(1010) 내부에 마련된 환형의 형태의 하나 혹은 복수의 미세 튜브(1053)와, 렌즈부(1010)의 외곽 가장자리에서 미세 튜브(1053)로 향하는 지름 방향으로 형성되는 미세 눈물관(1052)을 포함한다.
미세 눈물관(1052)은 모세관 현상을 유발할 수 있을 만큼 미세하고 눈물의 활용하고자 하는 물질의 분자 크기보다 클 수 있다. 미세 눈물관(1052)의 끝단(1052a)은 눈물이 유입될 수 있도록 렌즈부(1010)의 외부로 노출되어 있다.
미세 튜브(1053)는 미세 눈물관(1052)으로부터 눈물을 전달받으며, 산화환원반응을 통해 생물화학적 에너지를 전기 에너지로 변환되는 공간이다. 미세 튜브(1053)는 미생물 혹은 효소와의 반응을 극대화 하기 위하여 반응시키고자 목적하는 물질 분자 크기보다 2배 이상 큰 공간을 가지는 주름 공간을 가질 수 있다. 도 25a 및 도 25b는 도 24a의 콘택트 렌즈(1000)에서 A 부분을 확대한 도면으로서, 생물연료전지(1050)의 미세튜브(1053)의 주름 공간의 예들을 도시한다. 미세 튜브(1053)는 도 25a에 도시되듯이 지그재그의 형상의 전극(1055)을 가지거나, 도 25b에 도시되듯이 다수의 곁가지를 갖는 형상의 전극(1055')을 포함할 수 있다. 미세 튜브(1053)의 내부의 전극(1055, 1055')에는 반응에 활용하기 위한 수용체들(1054)이 배열되어 있다. 이러한 수용체들(1054)은 촉매제로서 효소나 미생물이 사용될 수 있다. 이러한 전극(1055, 1055')은 수용체(1054)가 고정되어 산화 혹은 환원반응이 일어나는 음극(혹은 양극)으로 이해될 수 있다. 전극(1055, 1055')에 대향되어 미세 튜브(1053)의 내벽에 반대 전극이 마련될 수 있다.
미세튜브(1053) 내에서 눈물에 포함된 유기물이 수용체들(1054)과 생물학적 반응하여 양극에서 산화, 음극에서 산소와 환원반응으로 전기 에너지가 생산될 수 있다. 일예로, 수용체들(1054), 즉 촉매제로서 GOx(glucose oxidase)가 전극(1055, 1055')에 부착되어 있으면, GOx를 이용하여 눈물에 있는 포도당(glucose)의 산화를 촉진하여 전자를 얻을 수 있다. 예시적으로, 인간 혈청 조건에서 50μm 섬유전극으로 단위면적당 1.02mW의 출력이 보고되고 있다.
수용체들(1054)을 통해 전극(1055, 1055')에 수집된 전자들은 배선 라인(1056)을 통해 회로부(1030)에 전달되어 전력 저장부에 저장되거나 혹은 센서부를 직접 전달되어 센서부를 구동시킬 수 있다.전술한 실시예에서 미세 눈물관(1052) 및 미세튜브(1053)은 눈물을 수집하는 수집부의 일 예이며, 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 예로서, 렌즈부(1010)의 최겉면이 다공질 구조를 가지며, 다공질 내에 수용체들이 마련될 수 있다. 이 경우, 다공질 내에 눈물이 유입되면, 산화환원반응을 통해 전기 에너지가 생산될 수도 있다. 또 다른 예로서, 렌즈부(1010)의 최겉면이 분자결합구조가 특정 상황에 분리될 수 있는 산화결합체로 형성될 수 있다. 이 경우, 눈물을 수집하는 별도의 수집부 구성없이 렌즈부(1010)의 최겉면 자체에 산화환원반응이 일어나는 생물연료전지의 전극이 형성된 것으로 이해될 수 있다.
전술한 실시예의 생물연료전지는 눈물 속의 유기물로부터 전기 에너지를 생산하는 예를 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 예로, 염분 등 눈물 속의 무기물과 화학적 반응을 통해 전기 에너지를 생산할 수도 있다.
전술한 실시예의 생물연료전지는 원리상 상온형 연료전지와 유사한 구조이며, 촉매제로 눈물에 포함된 당 및 지질성분에 반응할 수 있는 효소, 미생물(슈와넬라균 등)을 사용할 수 있다. 포도당등 유기물이 생물학적 반응하여 생성되는 물질이 양극에서 산화되며, 음극에서 산소와 환원반응으로 전기 에너지가 생성된다.
전술한 실시예들의 콘택트 렌즈는 자체의 에너지 수확부를 통해 전기 에너지를 획득하는 경우만을 설명하고 있으나, 이러한 에너지 수확부와 함께, 외부로부터 전기 에너지를 전송받을 수도 있다. 가령, 콘택트 렌즈는 무선 전력 수신 모듈을 추가적으로 포함하여, 외부로부터 전기장, 자기장, 혹은 전자기장 형태로 전기 에너지를 수신받을 수도 있다.
도 26은 일 실시예에 따른 콘택트 렌즈를 포함하는 시스템(1200)을 도시한다.
도 26을 참조하면, 본 실시예의 시스템(1200)은 콘택트 렌즈(1210)와, 콘택트 렌즈(1210)와 통신하는 외부 장치(1220)를 포함한다.
외부의 전자 장치(1220)는 통신부(1221)과 제어부(1222), 및 메모리(1224)를 포함한다.
콘택트 렌즈(1210)의 통신부(도 21의 838)과 외부의 전자 장치(1220)의 통신부(1221)는 근거리 통신 모듈을 포함할 수 있다. 근거리 통신 모듈은 소정 거리 이내의 근거리 통신을 위한 모듈을 의미한다. 일 예로, 근거리 통신 기술에는 무선 랜(Wireless LAN), 와이파이(Wi-Fi), 블루투스, 지그비(ZigBee), WFD(Wi-Fi Direct), UWB(ultra wideband), 적외선 통신(IrDA, infrared Data Association), BLE (Bluetooth Low Energy), NFC(Near Field Communication) 등이 있을 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 콘택트 렌즈(1210)의 통신부(838)과 외부의 전자 장치(1220)의 통신부(1221)는 이동 통신 모듈이나 그밖의 공지의 무선 통신 방식을 채용할 수도 있다.
전자 기기(1220)는 콘택트 렌즈(1210)과 항상 접속하여 콘택트 렌즈(1210)로부터 전송받은 정보를 실시간으로 처리할 수 있다. 또는 전자 기기(1220)는 콘택트 렌즈(1210)과 소정 시간 간격으로 접속하거나, 특정 시각에 접속하여, 콘택트 렌즈(1210)로부터 주기적으로 혹은 단발적으로 정보를 전달받아 처리할 수 있다. 이러한 상기 전자 기기(1220)는 이동 전화기, 스마트 폰(smart phone), 충전 패드, 태블릿 컴퓨터(tablet computr, 개인 휴대 정보 단말기(Personal Digital Assistant, PDA), 전자북 단말기, 디지털방송용 단말기, 랩탑 컴퓨터, 개인용 컴퓨터, 네비게이션, MP3 플레이어, 디지털 카메라(160), IPTV(Internet Protocol Television), DTV(Digital Television),, 게임장치, 리모트 컨트롤러, CE 기기(예컨대, 통신 기능을 갖는 냉장고, 에이컨 등), 및 자동차일 수 있을 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 명세서에서 기술되는 전자 기기(1220)는 사용자에 의해 착용될 수 있는 장치(wearable device)일 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 기기(1220)는 손목 시계, 안경, 반지, 팔찌, 목걸이 등으로 구현될 수도 있다.
일 예로, 콘택트 렌즈(1210)로부터 전송받은 정보는 사용자의 눈의 움직임에 대한 정보일 수 있다. 이 경우 제어부(1222)는, 상기 사용자의 눈의 움직임에 대한 정보에 기초하여 사용자의 눈의 움직임의 방향 및 움직임의 정도 중 적어도 어느 하나를 추출하고, 상기 사용자의 눈의 움직임의 방향 및 움직임의 정도 중 적어도 어느 하나에 상응하는 제1 제어 명령을 생성할 수 있다. 이때 제1 제어 명령은 전자 기기(1220) 자체에 대한 제어 명령이거나, 혹은 또 다른 전자 기기에 대한 제어 명령일 수 있다. 예를 들어, 사용자의 눈의 움직임이, 좌, 우, 상, 하인 경우를 구분하여, 각각의 경우에 상응하는 제어명령을 생성할 수 있다.
또 다른 예로, 상기 콘택트 렌즈(1210)로부터 전송받은 정보는 사용자의 눈깜박임에 대한 정보일 수 있다. 상기 제어부(1222)는, 상기 사용자의 눈깜박임에 대한 정보에 기초하여 단위시간당 눈깜박임의 횟수 및 눈깜음의 지속시간 중 적어도 어느 하나를 추출하고, 상기 단위시간당 눈깜박임의 횟수 및 눈깜음의 지속시간 중 적어도 어느 하나에 상응하는 제2 제어 명령을 생성할 수 있다. 이때 제2 제어 명령은 전자 기기(1220) 자체에 대한 제어 명령이거나, 혹은 또 다른 전자 기기에 대한 제어 명령일 수 있다. 예를 들어, 소정 시간동안 눈깜박임의 횟수가 소정의 기준횟수를 넘거나, 눈깜음의 지속시간이 소정의 기준 시간을 넘는 경우, 특정한 제어 명령을 생성하도록 할 수 있다.
또 다른 예로, 상기 콘택트 렌즈(1210)로부터 전송받은 정보는 사용자의 눈깜박임에 대한 정보이며, 상기 제어부(1222)는, 상기 사용자의 눈깜박임에 대한 정보에 기초하여 사용자의 피로도를 검출하여, 사용자의 피로도가 기준치보다 큰 경우 제3 제어 명령을 생성할 수 있다. 이때 제3 제어 명령은 사용자에게 경고를 알리는 알람을 발생시키는 제어 명령일 수 있다.
또 다른 예로, 상기 콘택트 렌즈(1210)로부터 전송받은 정보는 사용자의 눈물에 포함된 생체 물질에 대한 정보(예를 들어, 혈당)이며, 상기 제어부(1222)는, 생체 물질에 대한 정보에 기초하여 사용자의 생체 상태에 대한 정보를 생성할 수 있다. 이러한 생체 상태에 대한 정보는 누적되어, 사용자의 건강관리용 데이터로 사용될 수 있다.
도 27a 내지 도 27f는 일 실시예에 따른 콘택트 렌즈의 제조 방법을 도시한다.
도 27a를 참조하면, 콘택트 렌즈를 성형할 수 있는 몰드(mould)(2010)를 준비한다. 본 실시예의 몰드(2010)는 기준 위치를 설정하기 위해 몰드(2010)의 하부에 전자석(2020)을 구비한다. 폴리머 주입장치(2030)는 몰드(2010)에 액상의 폴리머(2050)를 주입한다.
전자소자부(예를 들어, 도 1의 120)를 포함하는 회로박막(2060)은 공지의 방법으로 제조될 수 있다. 제조된 회로박막(2060)은 도 27b에 도시되듯이, 액상의 폴리머(2050)에 모서리부터 담근다.
도 27c를 참조하면, 회로박막(2060)이 액상의 폴리머(2050)에 완전히 잠기게 되면, 전자석(2020)을 구동한다. 전자석(2020)의 세기를 적절히 조정하여, 회로박막(2060)이 액상의 폴리머(2050)의 표면장력과 전자석(2020)의 자력에 의해 액상의 폴리머(2050)상에 부유하도록 한다.
도 27d를 참조하면, 몰드(2010)를 회전시키면서 액상의 폴리머(2050)가 소정의 곡률을 갖도록 한다. 이때 원심력에 의해 회로박막(2060)의 회전이 폴리머(2050)의 회전과 부조화되는 것을 방지하기 위해 회전(spin) 속도에 따라 전자석(2020)의 세기를 조절한다. 한편, 도 27e에 도시되듯이, 액상의 폴리머(2050)가 소정의 곡률을 갖도록 몰드(2010)가 회전하는 상태에서 UV 경화(curing)로 폴리머(2050)를 고체화시킨다.
도 27f에 도시되듯이, 경화된 폴리머(2050)의 표면을 연마장치(2090)로 폴리싱(polishing) 함으로써, 콘택트 렌즈의 제조를 완료한다.
도 28a 및 도 28b는 다른 실시예에 따른 콘택트 렌즈의 제조 방법을 도시한다.
도 28a를 참조하면, 압전 소자와, 전자소자부(예를 들어, 도 1의 120)를 포함하는 회로박막(2120)은 공지의 방법으로 별도로 제조된다. 다음으로 몰드에 1차 폴리머(2110)를 넣고 다음으로 회로박막(2120)을 넣고, 다시 2차 폴리머(2130)를 주입하여, 회로박막(2120)이 내장된 원통의 버튼(2140)를 형성한다.
도 28b를 참조하면, 고정장치(2150)는 공기압(2155)으로 버튼(2140)을 고정한 상태로, 컴퓨터에 의해 제어되는 절삭 머신(2160)에 의해 절삭하여 렌즈의 굴곡을 형성하고 이를 폴리싱하여 매끈한 표면을 만든다.
도 29a 내지 도 29d는 또 다른 실시예에 따른 콘택트 렌즈의 제조 방법을 도시한다.
도 29a를 참조하면, 압전 소자와, 전자소자부(예를 들어, 도 1의 120)를 포함하는 회로박막(2210)을 공지의 방법으로 별도로 제조된다. 회로박막(2210)에는 외곽에서 연장되는 리드(lid)선(2215)이 마련된다.
도 29b에 도시되듯이, 하부 몰드(2220)에 회로박막(2210)을 안착시키고 리드선(2215)을 하부 몰드(2220)의 외부로 빼내서 텐셔너(tensioner)(미도시)와 연결한다. 텐셔너는 리드선(2215)의 장력을 적절히 조절하는 장치이다. 리드선(2215)을 조절하여 회로박막(2210)을 정위치에 고정시킨다.
다음으로, 도 29c에 도시되듯이, 하부 몰드(2220)에 액상의 폴리머(2240)을 주입하고 상부 몰드(2250)를 닫아 하부 및 상부 몰드(2220, 2250) 내에 액상의 폴리머(2240)를 압착하면서 압전박막의 리드선(2215)을 상부 몰드(2250)와 하부 몰드(2220)가 생성하는 체적(volumn)을 기준에서 이 체적 내에 하부 및 상부 몰드(2220, 2250) 어디에도 회로박막(2220)이 접촉되지 않도록 리드선(2215)을 당겨 폴리머 액상에서 부유할 수 있도록 한다.
도 29d를 참조하면, 상기 상태에서 UC 경화를 통해 액상의 폴리머(2240)를 고체화하고, 폴리머(2240)가 고체화된 이후 상부 몰드(2220) 또는 하부 몰드(2250)에 포함된 커터(미도시)나 모서리에서의 압력으로 리드선(2215)을 제거한다.
다음으로 전술한 실시예들의 콘택트 렌즈의 구동방법을 설명하기로 한다.
도 30은 일 실시예에 따른 콘택트 렌즈의 구동방법을 도시하는 순서도이다. 콘택트 렌즈는 사용자에게 착용된 상태에서 외부장치와 통신할 수 있다. 도 30을 참조하면, 콘택트 렌즈는 사용자의 눈 및 눈꺼풀 중 적어도 어느 하나의 움직임에 의해 발생되는 역학적 운동을 전기 에너지로 수확한다(S3010). 에너지 수확부(예를 들어, 도 1의 150)에서 전기 에너지가 생산되며, 센서부(도 21의 830)를 이용하여 데이터를 수집하고(S3020), 이를 메모리부(도 21의 837)에 저장한다(S3030). 착용자의 눈이나 눈꺼풀은 지속적으로 움직이므로 에너지 수확부는 상기 움직임에 대응하여 지속적으로 전기 에너지를 생산한다. 축전된 전력량과 통신가능 전력량의 크기 비교를 주기적으로 시행한다((S3040). 통신가능 전력량은 콘택트 렌즈가 외부 장치와 접속하여 적어도 1회분의 데이터를 전송하는데 필요한 전력량을 의미할 수 있다. 만일 축전된 전력량이 통신가능 전력량과 같거나 그보다 크게 된다면, 콘택트 렌즈는 외부장치에 접속을 시도한다(S3050). 콘택트 렌즈는 외부장치에 접속하게 되면, 데이터를 전송한다(S3060). 축전된 전력량이 통신가능전력량보다 크다면, 상시적으로 데이터를 전송할 수 있다. 경우에 따라서, 일회의 데이터 전송의 결과, 전기 에너지의 소모에 따라 축전된 전력량이 통신가능전력량보다 작아질 수 있으며, 이 경우, 다시 축전된 전력량이 통신가능전력량보다 크게 될 때까지 전기 에너지를 축전하고, 이후 다시 콘택트 렌즈는 외부장치에 접속을 시도할 수 있다. 콘택트 렌즈는 외부장치로부터 제어명령을 전송받을 수도 있다.
콘택트 렌즈가 외부장치로 데이터를 전송하는 단계(S3060)에서, 전송하는 데이터는 센서가 실시간으로 검출하고 있는 실시간 데이터이거나 혹은 상기 실시간 데이터와 함께 메모리에 저장된 데이터를 모두 포함할 수 있다. 도 31은 도 30의 흐름도에서 데이터 전송의 일 예를 도시하는 순서도이다. 도 29를 참조하면, 콘택트 렌즈의 구동방법은 메모리에 저장된 데이터를 함께 전송할 것인지 여부를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다(S3061).
저장된 데이터를 함께 전송할 것인지 여부는 미리 메모리에 프로그램으로 저장되어 있을 수 있다. 가령, 저장된 데이터를 함께 전송하는 것을 디폴트(default)로 설정한 경우, 제어부는 실시간 데이터와 함께 메모리에 저장된 데이터를 그루핑하여(S3062), 그루핑된 데이터를 순차적으로 외부 장치로 전송할 수 있다(S3063). 또는, 실시간 데이터를 우선 전송하는 것을 디폴트(default)로 설정한 경우, 제어부는 메모리에 저장된 데이터를 건너뛰고(S3064), 우선적으로 실시간 데이터를 외부 장치로 전송할 수 있다(S3063). 실시간 데이터가 외부 장치로 전송 완료되면, 메모리에 저장된 데이터가 순차적으로 외부 장치로 전송될 수 있다.
저장된 데이터를 함께 전송할 것인지 여부는 전력 저장부에 저장된 전력량에 따라 결정할 수도 있다. 만일 전력 저장부에 저장된 전력량이 외부 장치와의 통신을 하는데 요구되는 최소량(통신가능 전력량)보다 훨씬 많거나, 실시간으로 충분한 전기 에너지가 생산된다면, 제어부는 실시간 데이터와 함께 메모리에 저장된 데이터를 그루핑하여(S3062), 그루핑된 데이터를 순차적으로 외부 장치로 전송할 수 있다(S3063). 만일 전력 저장부에 저장된 전력량이 외부 장치와의 통신을 하는데 요구되는 최소량(통신가능 전력량)뿐이라면, 제어부는 메모리에 저장된 데이터를 건너뛰고(S3064), 우선적으로 실시간 데이터를 외부 장치로 전송할 수 있다(S3063).
도 32는 다른 실시예에 따른 콘택트 렌즈의 구동방법을 도시하는 순서도이다. 콘택트 렌즈는 사용자에게 착용된 상태에서 외부장치와 통신한다. 도 30을 참조하면, 콘택트 렌즈는 사용자의 눈 및 눈꺼풀 중 적어도 어느 하나의 움직임에 의해 발생되는 역학적 운동을 전기 에너지로 수확한다(S3010). 에너지 수확부(예를 들어, 도 21의 850)에서 전기 에너지가 수확되며, 센서부(도 21의 830)를 이용하여 데이터를 수집하고(S3020), 이를 메모리부(도 21의 857)에 저장한다(S3030). 착용자의 눈이나 눈꺼풀은 움직임 횟수에 따라 생산되는 전력량이 비례하므로, 통신가능 전력량을 생산하기에 필요한 눈깜박임 횟수는 미리 추산될 수 있다. 따라서, 눈깜박임 횟수가 기설정된 기준횟수보다 클 때까지 기다린다(S3041). 눈깜박임 횟수가 기설정된 기준횟수보다 크게 되면, 외부장치에 접속하여(S3050), 외부장치로 데이터를 전송한다. 눈깜박임 횟수는 전술한 바와 같이, 압전 소자에서 생산되는 전력의 전압 파형으로부터 카운트되고, 메모리에 저장된다. 센서가 포토 다이오드를 포함하는 경우, 포토 다이오드를 통해 셀 수도 있다. 일단 콘택트 렌즈가 외부장치에 접속을 시도하게 되면, 메모리에 저장된 눈깜박임 횟수는 리셋시킨다. 콘택트 렌즈가 외부장치로 데이터를 전송하는 단계(S3060)는, 도 31을 참조하여 설명한 바와 같이 전송하는 데이터는 센서가 실시간으로 검출하고 있는 실시간 데이터이거나 혹은 상기 실시간 데이터와 함께 메모리에 저장된 데이터를 모두 포함할 수 있다.
도 33은 일 실시예에 따른 콘택트 렌즈를 포함하는 시스템의 동작방법을 도시하는 순서도이다. 도 33을 참조하면, 콘택트 렌즈는 외부장치에 먼저 접속을 요청할 수 있다(S4010). 예를 들어, 도 30을 참조하여 설명한 바와 같이 축적된 전력량이 통신가능 전력량보다 크게 되거나, 눈깜박임 수가 기준 횟수보다 크게 되면, 콘택트 렌즈는 외부장치에 자신의 식별정보를 전송하면서 먼저 접속을 요청할 수 있다(S41010). 외부 장치는 콘택트 렌즈의 접속 요청에 응답하여(S4020), 콘택트 렌즈와 외부 장치는 통신가능상태, 즉 페어링될 수 있다. 다음으로, 콘택트 렌즈와 외부 장치가 페어링되면, 콘택트 렌즈는 외부 장치에, 데이터를 전송한다(S4030). 외부장치는 데이터를 모두 받으면 수신완료응답을 하며(S4040), 콘택트 렌즈는 메모리에 저장된 데이터를 제거하여 메모리를 리셋한다(S4050). 경우에 따라서는 외부장치가 먼저 콘택트 렌즈에 데이터 전송 명령을 전송하고, 콘택트 렌즈에 이에 응답하여 데이터를 전송할 수도 있다. 외부장치는 전송받은 데이터를 처리하고(S4050), 후속 절차를 실행한다(S4070). 예를 들어, 콘택트 렌즈는 목적에 따라 자체적으로 측정된 데이터를 처리할 수도 있으나, 고도의 연산이나 높은 전력량이 요구되는 처리과정은 외부기기에 의해 처리될 수 있도록 할 수 있다. 이러한 형태에서 상술한 실시간으로 혹은 시간 간격을 가지고 외부장치는 렌즈에서 수집된 데이터를 전송받아 해당 데이터를 이용하여 연산을 수행할 수 있다. 콘택트 렌즈는, 전술한 바와 같이, 수집된 데이터를 실시간으로 전송하거나 특정 단위로 나누어 전송할 수 있으며, 특정 단위로 나누어 전송하는 경우, 각 단위별로 연산에 대한 실행명령을 연동된 외부장치에 직접 지시할 수도 있다. 예를 들어, 콘택트 렌즈가 혈당을 측정하는 경우, 외부장치는 기존의 측정된 혈당에 대한 정보를 저장하여, 기존 정보와 실시간 혈당량을 비교하여, 실시간 혈당이 급격히 변한다고 판단되면, 외부장치는 디스플레이, 스피커, 진동장치 등을 통해 사용자에게 혈당이 높다는 사실을 알릴 수 있다.
도 34는 다른 실시예에 따른 콘택트 렌즈를 포함하는 시스템의 동작방법을 도시하는 순서도이다. 본 실시예는 콘택트 렌즈가 사용자에게 착용된 상태에서 외부장치와 통신하는 경우에 한정되지 않으며, 콘택트 렌즈가 착용자로부터 탈착된 상태를 포괄한다.
도 34를 참조하면, 외부장치가 먼저 콘택트 렌즈에 접속을 요청할 수도 있다(S4011). 예를 들어, 외부장치는 주기적으로(예를 들어, 30분 간격, 한 시간 간격, 하루 간격 등), 콘택트 렌즈에 접속을 요청할 수도 있다. 콘택트 렌즈가 외부 장치의 접속 요청에 응답하면(S4021), 콘택트 렌즈와 외부 장치는 통신가능상태, 즉 페어링될 수 있다. 콘택트 렌즈에 축적된 전력량이 통신가능 전력량보다 적거나 그밖의 다른 이유로 접속이 이루어지지 않게 되면, 외부 장치는 소정시간 동안(예를 들어, 1분간, 10분간, 등) 지속적으로 혹은 주기적으로 콘택트 렌즈에 접속을 재시도한다. 콘택트 렌즈는 외부 장치로부터 데이터 전송 명령을 받게 되면(S4025), 데이터를 전송한다. 외부장치는 데이터를 모두 받으면 수신완료응답을 하며(S4040), 콘택트 렌즈는 메모리에 저장된 데이터를 제거하여 메모리를 리셋한다(S4050).
도 35는 다른 실시예에 따른 콘택트 렌즈를 포함하는 시스템의 동작방법을 도시하는 순서도이다. 본 실시예는 콘택트 렌즈가 착용자로부터 탈착된 경우를 예로 들어 설명한다. 도 35를 참조하면, 본 실시예의 콘택트 렌즈는 압전 소자나 생물연료전지와 같은 에너지 수확부 외에도 추가적으로 무선 전력 수신 모듈을 더 포함한다. 외부장치 역시 무선 전력 송신 모듈을 더 포함한다. 일예로, 외부 장치는 무선 충전 패드일 수 있으며, 패드의 내부에 코일 내지 마이크로 스트립 형태의 전송용 안테나를 내장할 수 있으며, 이 안테나는 콘택트 렌즈에 내장되어 있는 안테나(도 21의 839)와 매칭된다.
콘택트 렌즈를 외부장치에 인접하게 놓으면, 외부 장치는 전자기유도 방식 혹은 자기 공명 방식을 통해 무선 전력을 콘택트 렌즈에 전송한다(S4012). 전달되는 전파에는 전력 소스와 함께 통신하고자 하는 데이터(예를 들어, 시간정보, 제어명령)를 함께 인코딩하여 전송할 수 있으며, 콘택트 렌즈는 이를 디코딩하여 전력과 데이터를 분리하여 활용할 수 있다. 콘택트 렌즈는 전송되는 무선 전력을 수신하여 축전하고, 축전된 전력량이 통신가능 전력량과 같거나 그보다 커지게 되면 파워 온 응답을 한다(S4022). 외부 장치는 콘택트 렌즈로부터 파워 온 응답을 받게 되면, 콘택트 렌즈에 데이터 전송 명령을 전송한다(S4025). 콘택트 렌즈는 외부 장치로부터 데이터 전송 명령을 받게 되면(S4025), 데이터를 외부 장치로 전송한다(S4030). 외부장치는 데이터를 모두 받으면 수신완료응답을 하며(S4040), 콘택트 렌즈는 메모리에 저장된 데이터를 제거하여 메모리를 리셋한다(S4050).
도 36은 또 다른 실시예에 따른 콘택트 렌즈를 포함하는 시스템의 동작방법을 도시하는 순서도를 도시하며, 도 37은 눈깜박임 패턴의 일예를 도시한다.
도 36을 참조하면, 콘택트 렌즈는 외부장치에 먼저 접속을 요청할 수 있다(S4013). 예를 들어, 도 30을 참조하여 설명한 바와 같이 축적된 전력량이 통신가능 전력량보다 크게 되거나, 눈깜박임 수가 기준 횟수보다 크게 되면, 콘택트 렌즈는 외부장치에 자신의 식별정보를 전송하면서 먼저 접속을 요청할 수 있다. 외부 장치는 콘택트 렌즈의 접속 요청에 응답하여(S4023), 콘택트 렌즈와 외부 장치는 통신가능상태, 즉 페어링될 수 있다. 다음으로, 콘택트 렌즈와 외부 장치가 페어링되면, 콘택트 렌즈는 외부 장치로 눈깜박임 패턴 정보를 전송한다(S4033). 외부장치는 눈깜박임 패턴 정보를 전송받으면 수신완료응답을 하며(S4043), 콘택트 렌즈는 메모리에 저장된 눈깜박임 패턴 정보를 제거하여 메모리를 리셋한다(S4053). 외부장치는 전송받은 눈깜박임 패턴 정보를 분석하고(S4053), 눈깜박임 패턴에 상응하는 정보를 디스플레이한다(S4073).
사용자는 의도적으로 눈깜음의 지속시간이나, 눈깜음과 눈깜음 사이의 시간간격을 달리할 수 있다. 예를 들어, 사용자는 눈깜음의 지속시간이 짧은 경우와 긴 경우를 구분하여, 눈을 깜박일 수 있다. 도 37을 참조하면, 눈깜음의 지속시간이 긴 경우(T1)를 제1 눈깜박임(4111)이라 하고, 눈깜음의 지속시간이 짧은 경우(T2)를 제2 눈깜박임(4112)이라 할 때, 제1 눈깜박임들(4111)과 제2 눈깜박임들(4112)의 다양한 조합은 소정의 정보를 담을 수 있다. 가령, 눈깜박임의 패턴(즉, 제1 눈깜박임들(4111)과 제2 눈깜박임들(4112)의 조합)은 모스 부호와 같이, 문자에 대응될 수 있다. 제1 눈깜박임들(4111)과 제2 눈깜박임들(4112)의 조합에 따른 정보의 매칭 데이터는 외부장치의 메모리에 저장되어 있을 수 있다. 외부장치는 전송받은 눈깜박임 패턴 정보를 매칭 데이터와 비교하여, 눈깜박임 패턴에 상응하는 정보를 추출할 수 있다. 가령, 사용자는 기약속된 테이블에 따라 제1 눈깜박임들(4111)과 제2 눈깜박임들(4112)을 조합한 패턴으로 눈을 깜박임으로써, 외부장치에 소정의 문자 내지 문장을 전달하고, 외부장치는 눈깜박임 패턴에 담긴 문자 내지 문장을 디스플레이 할 수 있다. 다른 예로, 눈깜박임 패턴은 외부장치를 제어하는 제어명령에 매칭될 수도 있다. 이 경우, 사용자는 제1 눈깜박임들(4111)과 제2 눈깜박임들(4112)을 조합하여 눈을 깜박임으로써, 외부장치를 제어할 수 있을 것이다.
도 38은 또 다른 실시예에 따른 콘택트 렌즈를 포함하는 시스템을 도시하며, 도 39는 본 실시예의 시스템의 동작방법을 도시하는 순서도이다.
도 38 및 도 39를 참조하면, 본 실시예의 시스템은 착용자의 양쪽 눈에 착용된 제1 및 제2 콘택트 렌즈(5010, 5020)와, 외부장치(5030)를 포함한다.
제1 콘택트 렌즈(5010)와 제2 콘택트 렌즈(5020)는 서로 다른 혹은 서로 같은 통신방식과 주파수대역을 사용하여 외부장치(5030)와 연동될 수 있다. 예를 들면, 제1 및 제2 콘택트 렌즈(5010, 5020)를 눈에 착용한 후, 잠시 후 눈꺼풀의 깜빡임에 의해 충전된 전력원에 의해 제1 및 제2 콘택트 렌즈(5010, 5020)의 축전된 전력량은 통신가능 전력량에 도달하게 된다(S5510). 제1 및 제2 콘택트 렌즈(5010, 5020)를 동시에 눈에 착용하더라도, 제1 콘택트 렌즈(5010)와 제2 콘택트 렌즈(5020) 중 어느 하나가 먼저 통신가능 전력량에 도달하게 된다.
제1 콘택트 렌즈(5010)와 제2 콘택트 렌즈(5020)가 동일한 프로토콜, 서로 다른 주파수 대역을 사용할 수 있다. 이 경우, 제1 콘택트 렌즈(5010)와 제2 콘택트 렌즈(5020)가 동일한 프로토콜을 사용할지라도 서로 다른 주파수 대역을 가지고 외부 장치(5030)와 통신하게 되면, 제1 콘택트 렌즈(5010)와 제2 콘택트 렌즈(5020) 중 어느 하나가 먼저 통신가능 전력량에 도달하는지에 무관하게, 제1 콘택트 렌즈(5010)와 제2 콘택트 렌즈(5020)는 각각 외부 장치(5030)와 통신할 수 있다.
제1 콘택트 렌즈(5010)와 제2 콘택트 렌즈(5020)가 동일한 프로토콜, 동일 주파수 대역을 사용할 수도 있다. 이 경우, 동일 주파수 내에서 제1 및 제2 콘택트 렌즈(5010, 5020)를 각각 구별할 수 있는 ID를 생성할 수 있다. 먼저 통신가능 전력량에 도달하는 렌즈(예를 들어, 제1 콘택트 렌즈(5010)라 하자)가 외부장치(5030)와 페어링되면, 제2 콘택트 렌즈(5020)는 외부 장치(5030)에 접속을 시도하더라도(S5130), 제1 콘택트 렌즈(5010)의 접속 때문에 실패할 수가 있다(S5140). 제1 및 제2 콘택트 렌즈(5010, 5020)는 동일한 프로토콜과 동일한 주파수 대역을 사용하는 근접한 여타 콘택트 렌즈를 검색하게 되는데, 콘택트 렌즈에서 방사하는 전파의 강도는 매우 미약하여 미간의 길이에 근접한 영역에서만 통신이 가능한 수준의 방사전력으로 특정될 수 있다. 따라서, 검색을 위한 접속시도 시그널(tick signal)은 일부 불특정한 시간 간격을 가지고 방사될 경우 확률적으로 휴지상태의 다른 콘택트 렌즈에서 접속시도 시그널을 수신할 수 있다. 즉, 제1 콘택트 렌즈(5010)가 외부장치(5030)와 페어링되면, 제2 콘택트 렌즈(5020)는 제1 콘택트 렌즈(5010)의 접속시도 시그널 및 ID로부터 제1 콘택트 렌즈(5010)가 외부장치(5030)와 접속 여부를 알 수 있게 된다(S5140). 제2 콘택트 렌즈(5020)의 접속 실패가 제1 콘택트 렌즈(5010)의 접속과 무관하다면, 제2 콘택트 렌즈(5020)는 곧바로 다시 외부장치(5030)와의 접속을 재시도한다. 제2 콘택트 렌즈(5020)의 접속 실패가 제1 콘택트 렌즈(5010)의 외부장치와의 접속 때문이면, 주파수 혼선을 방지하기 위해 동일 주파수 채널 내에서 시간 축을 기준으로 서로 다른 시간 간격을 기준하여 통신주파수가 활성화되도록 설정할 수 있다(S5150). 가령, 제2 콘택트 렌즈(5020)는 Δt 시간 경과후 외부장치로 접속을 재시도할 수 있다. 이때, Δt는 제1 및 제2 콘택트 렌즈(5010, 5020)가 외부장치와 접속하는 시간주기보다 작은 값이다. 예를 들어, Δt는 제1 및 제2 콘택트 렌즈(5010, 5020)가 외부장치와 접속하는 시간주기의 1/2, 1/3, 1/4 등의 값일 수 있다. 이렇게 제1 및 제2 콘택트 렌즈(5010, 5020)가 개별적으로 자신의 정보를 전달할 수 있는 프로토콜을 생성한 이후 외부 장치(5030)와 데이터를 교환하여 처리를 도모한다. 이 때 그 처리의 주체는 제1 및 제2 콘택트 렌즈(5010, 5020)와 직접적으로 연동된 외부 장치(5030), 예를 들자면, 휴대폰, TV, 여타 웨어러블 기기일 수 있다. 혹은 제1 및 제2 콘택트 렌즈(5010, 5020)와 직접 연동된 외부 장치(5030)가 네트워크에 연결되어 있는 경우 해당 네트워크 자원을 활용하여 제1 및 제2 콘택트 렌즈(5010, 5020)에서 전달된 데이터를 연동된 외부장치(5030)가 네트워크를 통해 제2의 외부장치(가령, 서버, 전산처리장치, 기록장치 등)에 전송하여 제2의 외부장치가 이를 가공, 처리하거나 별도로 저장할 수 있도록 할 수 있다. 이러한 시스템 구성은 동적으로 네트워크 상황에 따라 가변적으로 적용될 수 있다. 외부장치(5030)는 제1 및 제2 콘택트 렌즈(5010, 5020)에서 전송하는 데이터들을 수신하여 각각 개별적인 프로세서/스레드(thread)에 의해 처리될 수 있으며 처리의 결과 내지 처리 후 회신에 대해서는 제1 및 제2 콘택트 렌즈(5010, 5020)가 개별적으로 분리하여 송신하는 전파의 틱 시그널 내지 프로토콜에 부합하는 형태로 분리되어 응답할 수 있다. 만약, 제1 및 제2 콘택트 렌즈(5010, 5020)의 불안정 전력 환경으로 인하여 통신 연결이 예기치 않게 종료될 경우 기존에 연결된 프로파일(profile)에 대한 정보를 삭제한 후 통신이 종료된 해당 콘택트 렌즈의 교신을 외부 장치(5030)가 새로이 시도할 수 있으며 이 경우 연결이 종료되지 않은 콘택트 렌즈와의 간섭을 회피하기 위하여 해당 콘택트 렌즈가 사용하고 있는 주파수 채널을 회피하여 이용하도록 할 수 있다. 통신이 종료되어 새롭게 초기 상태로 진입한 콘택트 렌즈는 초기화된 상태에서 외부 장치(5030)와의 접속을 시도할 수 있으며 이 때, 통신이 종료되지 않은 콘택트 렌즈에서 송신하는 채널의 활성화 상태를 검출하여 해당 활성화 상태의 시작점을 접속시도(tick)로 간주하고 해당 채널을 회피하거나 해당 채널에서 시간 간격을 조정하여 재 접속할 수 있다.
제1 콘택트 렌즈(5010)와 제2 콘택트 렌즈(5020)는 동일한 기능을 제공하여, 제공되는 기능을 보완할 수 있다. 일례로 제1 및 제2 콘택트 렌즈(5010, 5020)의 센서가 분비되는 눈물의 성분을 수집하여 측정하는 경우, 제1 및 제2 콘택트 렌즈(5010, 5020) 각각에서의 측정치를 평가하여 특정 성분의 최종 성분함유량을 보정하도록 할 수 있으며 생체활성징후를 측정함에 있어 각각 측정되는 측정치를 합산하여 연산함으로써 측정된 생체활성징후의 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있다. 예를 들자면, 제1 및 제2 콘택트 렌즈(5010, 5020) 각각에서의 측정치는 체온, 맥박 등이 될 수 있다.
제1 콘택트 렌즈(5010)와 제2 콘택트 렌즈(5020)는 서로 다른 종류의 센서를 포함함으로써, 상호 보완하거나 동시에 서로 다른 기능을 수행함으로써 특정 생체 지표 혹은 착용자가 처한 환경에 대한 추적을 원활하게 할 수도 있다. 일례로, 제1 콘택트 렌즈(5010)는 한 쪽 눈에서 눈물 속에 포함되어 분비되는 지질(지방성분)이 함유량을 측정하여 추적할 수 있는 기능을 제공하는 센서를 구비하고, 제2 콘택트 렌즈(5020)는 다른 한 쪽의 눈에서 눈꺼풀의 깜빡임 횟수를 측정할 수 있는 기능을 제공하는 센서를 구비할 수 있다. 이 경우, 특정 시간 구간에서 눈꺼풀 깜빡임에 따른 눈물 속 지질 성분의 변화를 추적함으로써 눈꺼풀의 깜빡임 횟수에 따른 지질성분의 변화가 안구건조증에 미치는 영향을 평가할 수 있을 것이다. 이를 통해 눈꺼풀 깜빡임이 기준치에 부족하거나 혹은, 지질성분의 과소로 인하여 눈 표면의 수분 증발이 과도할 것으로 예상될 경우 연동되어 통신이 가능한 다른 외부장치를 통하여 착용자에게 이를 알릴 수 있으며, 발광소자와 같은 표시부(도 21의 835)가 제1 콘택트 렌즈(5010) 및/또는 제2 콘택트 렌즈(5020)에 마련된 경우, 표시부(135)를 통해 착용자에게 특정 조건에 대한 이벤트를 표시할 수 있다. 스스로 착용자에게 이벤트를 표시하는 경우, 제1 콘택트 렌즈(5010)와 제2 콘택트 렌즈(5020)는 상호간에 통신을 함으로써, 제1 콘택트 렌즈(5010)와 제2 콘택트 렌즈(5020) 중 어느 한 렌즈 혹은 양쪽 렌즈 모두가 이벤트를 표시하여 착용자가 인지할 수 있도록 할 수 있다. 또는 연동된 외부장치(5030)에 전달된 측정 데이터가 연동된 외부장치(5030)에서 분석된 후 연동된 외부장치(5030)가 제1 콘택트 렌즈(5010) 및/또는 제2 콘택트 렌즈(5020)에 이벤트 발생을 명령하여 제1 콘택트 렌즈(5010) 및/또는 제2 콘택트 렌즈(5020)가 이벤트를 표시할 수도 있다.
또 다른 예로 제1 콘택트 렌즈(5010)는 한 쪽의 눈에서 시선을 추적하는 기능을 수행할 수 있는 센서를 구비하고, 제2 콘택트 렌즈(5020)는 다른 한 쪽의 눈에서 눈 깜빡임을 추적할 수 있는 기능을 수행할 수 있는 로직을 구비할 수도 있다. 이에 따라, 제1 및 제2 콘택트 렌즈(5010, 5020)는 착용자의 시선추적과 눈깜박임을 동시에 추적할 수 있다. 시선 움직임과 눈깜박임은 서로 구별되는 다양한 조합이 가능하므로, 제1 및 제2 콘택트 렌즈(5010, 5020)는 착용자의 시선 움직임과 눈깜박임의 조합을 검출함으로써, 착용자가 의도하는 명령을 검출하여 외부장치(5030)로 하여금 해당명령을 수행토록 지시할 수 있을 것이다. 시선 움직임과 눈깜박임은 제1 및 제2 콘택트 렌즈(5010, 5020)가 검출할 수 있으며 서로 구별되는 측정 태양의 일 예이며, 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 및 제2 콘택트 렌즈(5010, 5020)는 착용자에게서 서로 다른 2 이상의 측정 태양들을 검출하고, 2 이상의 측정 태양들에 대한 정보를 외부장치(5030)에 전송하게 되면, 외부장치(5030)는 2 이상의 측정 태양들의 조합을 기약속된 명령 테이블에 매칭시켜 대응되는 명령을 수행할 수 있다. 달리 말하면, 제1 및 제2 콘택트 렌즈(5010, 5020)는 착용자에게서 2 이상의 측정 태양들을 검출함으로써, 외부장치(5030)로 하여금 착용자가 의도하는 명령을 수행토록 지시할 수 있을 것이다.
전술한 본 발명인 에너지 수확부를 구비한 콘택트 렌즈는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 사용자의 눈에 착용되는 렌즈부;
    상기 사용자의 생체 정보를 검출하는 센서부; 및
    상기 눈 부위의 움직임에 의해 발생되는 역학적 운동을 전기 에너지로 변환하여 상기 센서부에 상기 전기 에너지를 공급하는 전원부;를 포함하는 콘택트 렌즈.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 센서부는 상기 전원부에서 수확된 전기 에너지량이 센싱가능전력량과 같거나 그보다 크면 사용자의 정보를 검출하도록 구동되는 콘택트 렌즈.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 센서부에서 검출된 신호를 처리하는 신호처리부, 상기 센서부에서 검출된 정보를 외부의 전자기기에 전송하는 통신부, 및 상기 센서부와 상기 신호처리부와 상기 통신부를 제어하는 제어부를 더 포함하는 콘택트 렌즈.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 전원부에서 수확된 전기 에너지량이 통신가능전력량과 같거나 그보다 크면 상기 통신부를 구동하여 외부장치에 접속을 시도하는 콘택트 렌즈.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 제어부는 사용자의 눈깜박임의 수가 기준횟수와 같거나 그보다 크면 상기 통신부를 구동하여 외부장치에 접속을 시도하는 콘택트 렌즈.
  6. 제3 항에 있어서,
    상기 센서부에서 검출된 정보는 사용자의 눈깜박임의 수, 사용자의 눈깜음의 지속시간, 사용자의 눈깜박임의 패턴, 사용자의 안구 움직임 및 사용자의 눈물에 포함된 생체 물질에 대한 정보 중 적어도 어느 하나인 콘택트 렌즈.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 센서부에서 검출된 정보나 외부의 전자기기에서 전달받은 정보를 출력하는 표시부를 더 포함하는 콘택트 렌즈.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 전원부는,
    사용자의 눈 부위의 움직임에 의해 휨이 발생되는 제1 압전층과, 상기 제1 압전층에 접촉하여, 상기 압전층의 변형에 의해 발생되는 전기 에너지를 수집하는 제1 및 제2 전극을 포함하는 제1 압전 소자를 포함하는 콘택트 렌즈.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극은 상기 제1 압전층의 제1 면상에 이격되어 배치된 콘택트 렌즈.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극은 각각 상기 제1 압전층의 제1 면 및 상기 제1 면에 대향되는 제2 면에 마련된 콘택트 렌즈.
  11. 제8 항에 있어서,
    상기 전원부는,
    제2 압전층과, 상기 제2 압전층에 접촉하여 상기 제2 압전층의 변형에 의해 발생되는 전기를 수집하는 제3 및 제4 전극을 포함하는 제2 압전 소자를 더 포함하는 콘택트 렌즈.
  12. 제8 항에 있어서,
    상기 센서부가 마련되는 전자소자부와 상기 제1 압전 소자가 마련되는 압전 소자층을 포함하며, 상기 전자소자부와 상기 압전 소자층은 서로 다른 층인 콘택트 렌즈.
  13. 제8 항에 있어서,
    상기 제1 압전 소자는 상기 렌즈부의 중앙 영역에 마련되며, 상기 센서부는 상기 렌즈부의 외곽 영역에 마련된 콘택트 렌즈.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 전원부는 전력 저장부를 더 포함하는 콘택트 렌즈.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 전력 저장부는 커패시터를 포함하며, 상기 커패시터는 상기 렌즈부의 외곽 둘레를 따라 마련된 콘택트 렌즈.
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