TW201720118A - 可張眼提示及資料登錄之具有閉眼感測器的電子眼用鏡片 - Google Patents

Abstract

本文所述者係包含一電子系統之用於一眼用鏡片之一眼瞼位置感測器系統，其係用於判定配戴者的睡意或睡眠肇始的至少一者。該眼瞼位置感測器系統為併入該眼用鏡片的電子系統的一部分。在至少一實施例中，該電子系統包括一電源、電力管理電路系統、一或多個感測器、時脈產生電路系統、控制演算法與電路系統、以及一警示機制。該眼瞼位置感測器系統係用於判定眼瞼位置並使用此資訊以判定配戴者是否睡著或醒著。

Description

可張眼提示及資料登錄之具有閉眼感測器的電子眼用鏡片

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

隨著電子裝置持續小型化，越來越有可能創造用於多種用途的可配戴的或可嵌入的微電子裝置。此類用途可包括監視人體化學性質的各態樣、經由多種機構(包括自動地、回應於測量、或者回應於外部控制信號)施用受控劑量的藥物或治療劑、以及提升器官或組織的性能。此類裝置的實例包括葡萄糖輸液泵、心律調節器、心臟除顫器、心室輔助裝置和神經刺激器。一個新的尤其有用的應用領域是在眼用可配戴鏡片和隱形眼鏡中。例如，可配戴鏡片可結合鏡片總成，該鏡片總成具有電子可調節焦距，以提升或增強眼睛的性能。在另一個實例中，無論具有還是不具有可調整焦距，可配戴的隱形眼鏡都可結合電子感測器，以偵測角膜前(淚)膜中特定化學物質的濃度。在一鏡片總成中使用嵌入式電子元件引發對下列之一潛在需求：與該電子元 件通訊、一對該電子元件供電及/或再賦能的方法、使該電子元件互連、內部及外部感測及/或監控、以及控制該電子元件與該鏡片之總體功能。

人眼具有辨別上百萬種顏色、輕易適應光線條件變化、以及以超過高速網路連接的速率將信號或資訊傳輸到大腦的能力。目前，鏡片(諸如隱形眼鏡和人工水晶體)被用來矯正視力缺陷，諸如近視(近視眼)、遠視(遠視眼)、老花眼和散光。然而，結合附加組件之設計妥適的鏡片可用來增強視力以及矯正視力缺陷。

隱形眼鏡可用於矯正近視、遠視、散光以及其他視覺銳度之缺陷。隱形眼鏡也可用於增強配戴者的眼睛的自然外觀。隱形眼鏡(contact lenses，英文又稱contacts)就是放置在眼睛之前表面上的鏡片。隱形眼鏡被視為醫療裝置並可經配戴以矯正視力並/或用於妝飾用或其他治療原因。從1950年代起，隱形眼鏡已商品化使用，用來改善視力。早期的隱形眼鏡係由硬性材料製造或加工而成，相對較為昂貴並且脆弱。此外，加工製成這些早期隱形眼鏡的材料不允許足夠的氧氣通過隱形眼鏡傳輸到結膜和角膜，此有可能引起許多不良臨床效應。雖然這些隱形眼鏡仍在使用，但是其剛開始的舒適性較差，因此並不適合所有患者。該領域的後續發展產生了基於水凝膠的軟性隱形眼鏡，該等軟性隱形眼鏡在當今極為流行且被廣泛使用。具體地，當今可用的聚矽氧水凝膠隱形眼鏡結合了具有極高透氧度之聚矽氧的效益、與水凝膠經證實的舒適度和臨床表現。基本上，與由早期硬性材料製成的隱形眼鏡相比，這些基於聚矽氧水凝膠的隱形眼鏡具有更高的透氧度並且通常具有更高的配戴舒適度。

習用的隱形眼鏡為具有特定形狀的聚合物結構，以如上文所簡述地矯正多種視力問題。為了達成增強的功能，必須將多種電路和組件整合到這些聚合物結構中。例如，可透過訂製的光電子組件將控制電路、微處理器、通信裝置、電力供應器、感測器、致動器、發光二極體及微型天線整合入隱形眼鏡中，不僅用於矯正視力，也能加強視力以及提供如本文說明的額外功能。電子及/或經供電眼用鏡片可經設計以經由拉近(zoom-in)與拉遠(zoom-out)的能力或僅單純地透過修改鏡片的折射能力來提供增強的視力。電子及/或經供電隱形眼鏡可經設計以增強色彩和解析度、顯示紋理資訊、將語音即時轉譯為字幕、提供導航系統的視覺提示、以及提供影像處理和網路存取。鏡片可經設計以讓配戴者在低光照狀況下看得見。鏡片上經妥適設計的電子元件及/或電子元件的配置可允許例如在沒有可變焦光學鏡片的情況下將影像投射至視網膜上並提供新式影像顯示。替代地，或者除了這些功能或類似功能中之任一者外，隱形眼鏡可結合組件以非入侵地監視配戴者的生物標記和健康指標。例如，藉由分析淚膜的組分，內建於鏡片中的感測器可允許糖尿病患者密切注意血糖位準，而不需要抽血。此外，經適當地組態的鏡片可結合用於監測膽固醇、鈉和鉀位準以及其他生物標記的感測器。這與無線資料發送器耦接可允許醫師幾乎立即存取患者的血液化學性質，而不需要患者浪費時間至實驗室進行抽血。此外，可利用內建於鏡片中的感測器來偵測入射到眼睛上的光，以補償環境光照狀況或者用於確定眨眼模式。

裝置的適當組合有潛力可產生無限的功能；然而，有許多與將額外組件結合至一片光學級聚合物上相關的困難。一般而言，有多種原因致使難以在鏡片上直接製造此類組 件，並且難以將平面裝置安裝和互連在非平面表面上。亦難以按比例製造。待放置在鏡片上或鏡片中的組件需要小型化且整合到僅1.5平方公分的透明聚合物上，同時保護這些組件不受眼上液體環境的影響。由於額外組件之增加的厚度，亦難以製造對配戴者而言舒適且安全的隱形眼鏡。

考慮到眼用裝置(諸如隱形眼鏡)的面積和體積限制以及其使用環境，該裝置的實體呈現必須克服多個問題，包括將多個電子組件安裝和互連在一非平面表面上，這些電子組件大多數包含光學塑膠。因此，需要提供機械上和電性上皆健全的電子式隱形眼鏡。

由於此等係供電式鏡片，有鑑於用於眼用鏡片大小的電池技術，運作這些電子元件的能源或更具體的電流消耗令人憂慮。除了正常電流消耗，具有此性質之供電裝置或系統通常需要備用電流儲量、精確的電壓控制、及交換能力，以確保在潛在的大範圍操作參數下進行操作，以及突發性消耗，例如，在可能閒置多年之後，單次充電仍可運作高達十八(18)小時。因此，需要有一種針對低成本、長期可靠服務、安全性、及大小進行最佳化同時提供所需電力的系統。

此外，由於與經供電鏡片相關聯的功能之複雜度以及包含一經供電鏡片的所有組件之間的高度互動，需要協調和控制包含經供電眼用鏡片的電子元件和光學元件的整體操作。因此，需要一種安全、低成本且可靠、具有低耗電速率且尺寸可縮放以併入眼用鏡片的系統，以控制所有其他組件之運作。

供電或電子眼用鏡片可能必須考慮個人使用該供電或電子眼用鏡片之特定、獨特的生理功能。更具體而言，供電鏡片可能需要考慮眨眼，包括給定期間內的眨眼次數、一次眨眼 的持續時間、眨眼間的時間、與任何種可能的眨眼模式(例如，若該個體正在打瞌睡)。眨眼偵測亦可用於提供特定功能，例如，眨眼可用作一控制一經供電眼用鏡片之一個或多個態樣的手段。另外，當判定為眨眼時，必須考慮外部因素，例如，光強度位準的變化以及人的眼瞼阻擋的可見光量。例如，若一室內照度值在54與161lux之間，光感測器應夠靈敏以偵測當人眨眼時光強度的改變。

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

同樣重要的是要注意，不同類型的眨眼偵測器可利用指向一人之眼睛的電腦視覺系統來實施，例如數位化至一電腦的攝影機。電腦上運行的軟體可辨識視覺模式如眼睛的開與閉。該些系統可用於針對診斷目的或研究之眼用臨床設定中。與上述偵測器及系統不同的是，該些系統是為了眼外使用且為看向眼睛而非由眼睛看出。雖然該些系統未小到足以併入隱形眼鏡，所使用的軟體可與配合經供電隱形眼鏡運作的軟體相似。任一系統可結合由輸入學習並因而調整其輸出的人工神經網路的軟體實施。或者，結合統計學、其他適應性演算法及/或信號處理之非基於生物學的軟體實施方案可用來產生智慧型系統。

有各種工作需要勞動者覺察且醒著，例如，卡車司機、保全人員、及值勤軍人。若勞動者在執行勤務時入睡，將產生不良後果並導致潛在問題。許多這些工作使得勞動者需要在執行勤務的同時具有機動性，且因此一固定座監控系統對於提供這些勞動者的監控而言並不實用。此外，有許多工作需要在下班 時間之受調控量的睡眠，其係由勞動者手動登錄而非讓勞動者的睡眠自動登錄以提供較佳記錄。

因此，需要一種偵測特定生理功能(例如，眼睛閉合的長度或眨眼)的方式或方法，且根據由一感測器所偵測之眨眼序列類型使用該些功能來啟動及/或控制一電子或供電眼用鏡片。所使用的感測器必須經定大小且經組態以用於隱形眼鏡。此外，需要偵測使用者眼瞼的位置。眼瞼位置感測器可被用於偵測使用者快睡著了，例如以觸發一適當警示以讓使用者清醒。已有存在用於偵測眼瞼位置的系統；然而該些系統限於像是相機成像、圖像辨識及紅外線發射器/檢測器組，該些靠眼睛與眼瞼的反射。已存在之用來偵測眼瞼位置的系統亦需依靠使用眼鏡或臨床環境且不易包含於隱形眼鏡中。

依據本發明之具有眼瞼位置感測器的電子眼用鏡片克服上述先前技術相關的限制。此眼瞼位置感測器可整合至一隱形眼鏡而不需要如現有面對眼睛的偵測系統的臨床環境或眼鏡。該眼瞼位置感測器具有適合的大小及電流消耗以用於隱形眼鏡中。其亦輸出用於判定配戴者是睡著或醒著所必要的資訊。

依據一態樣，本發明係關於一供電眼用鏡片。該供電眼用鏡片包含一隱形眼鏡及一併入該隱形眼鏡之眼瞼位置感測器系統，該眼瞼位置感測器系統包括一感測器陣列，該感測器陣列具有複數個彼此垂直隔開之個別感測器及一連續壓力及/或電容感測器之至少一者，以偵測眼瞼位置；一系統控制器，其經組態以取樣該感測器陣列中的各個別感測器，以偵測眼瞼位置並提 供一輸出控制信號；及至少一警示機制，其經組態以接收該輸出控制信號並實行警示該配戴者及/或登錄關於該配戴者睡眠的資料之一預定功能。在至少一實施例中，該隱形眼鏡包括一光學區及一周圍區，該等電氣組件係位於該周圍區中。在一替代實施例中，該眼瞼位置感測器系統包括代替該複數個個別感測器之一條帶感測器。

依據又一態樣，本發明係針對經供電眼用鏡片。該經供電眼用鏡片包含一人工水晶體及一併入該人工水晶體之眼瞼位置感測器系統，該眼瞼位置感測器系統包括一感測器陣列，該感測器陣列具有複數個彼此垂直隔開之個別感測器，以偵測眼瞼位置；一系統控制器，其經組態以取樣該感測器陣列中的各個別感測器，以偵測眼瞼位置並提供一輸出控制信號；及至少一警示機制，其經組態以接收該輸出控制信號並實行警示該配戴者及/或登錄關於該配戴者睡眠的資料之一預定功能。

在至少一實施例中，一經供電眼用鏡片包括：一隱形眼鏡；以及一眼瞼位置感測器系統，其係併入該隱形眼鏡中，該眼瞼位置感測器系統包括一感測器陣列，其具有複數個個別感測器，其等係彼此垂直隔開以偵測眼瞼位置；一系統控制器，其經組態以取樣該感測器陣列中之各個別感測器以偵測眼瞼位置並提供一輸出控制信號；及至少一警示機制，其經組態以接收該輸出控制信號，並能夠提供一警示以及儲存資料中的至少一者，以回應該系統控制器之一判定，該系統控制器判定眼瞼已閉合一段時間表示睡眠肇始及睡意的至少一者。進一步針對此實施例，該警示機制包括下列之至少一者：一光源，其經定位在該鏡片上以提供一光至該鏡片之一配戴者的視網膜及該鏡片本身之至少一者上作為警示；一傳感器，使該鏡片之一配戴者的眼睛振動 作為警示；一電模擬器，其經組態以刺激一角膜表面及一角膜之至少一感覺神經的至少一者；以及組件，以提供該隱形眼鏡之一光學區的光學區修改。進一步針對此節之其他實施例，該鏡片進一步包括至少一電子通訊組件，其與該警示機制通訊，並經組態以回應從該警示機制接收之警示而傳輸一通知至一外部裝置。進一步針對此節之其他實施例，該鏡片進一步包括一時鐘，且該警示機制包括相關聯記憶體，以用於回應該系統控制器判定的睡眠肇始而儲存一睡眠起始，並用於回應該系統控制器判定之一配戴者醒來而儲存一睡眠終止，該警示機制經組態以儲存具有該睡眠起始及該睡眠終止之一來自該時鐘的時間戳記。進一步針對先前的實施例，該鏡片進一步包括至少一電子通訊組件，其係連接至該記憶體及該時鐘，且該至少一電子通訊組件經組態以回應一針對該儲存資料的外部查詢而擷取來自該記憶體的資料以及來自該時鐘之一時間戳記。進一步針對此節之其他實施例，該系統控制器基於由該系統控制器所接收之一狀態輸入以至少兩狀態的一者進行操作，其中該至少兩狀態包括一醒著操作狀態及一睡著操作狀態，且基於該系統控制器偵測到的睡眠肇始該至少兩狀態控制該至少一警示機制關於是否提供警示的操作。進一步針對此節之其他實施例，該複數個個別感測器包括光感測器，用於偵測入射在眼睛上的光；且該眼瞼位置感測器系統進一步包括一多工器，其經組態以接收來自該等光感測器的多個輸入並輸出一單一信號；一類比數位轉換器，其經組態以將來自該放大器的該類比信號轉換為一經取樣、數位信號以供進一步的信號處理；以及一數位信號處理器，其經組態以接收來自該類比數位轉換器之一輸出，並執行數位信號處理，包括過濾、處理、及偵測經取樣資料的一或多者，以允許入射光偵測供下游使用。進一步針對先前實 施例，該數位信號處理器包括相關聯記憶體，其基於如回應配戴者指令所判定之該鏡片的操作狀態儲存供該數位信號處理器使用的兩組眨眼樣板及眨眼遮罩(blink mask)。進一步針對此節之其他實施例，該鏡片進一步包括一電力供應。進一步針對此節之其他實施例，該複數個個別感測器包括電容式觸控感測器，用於偵測接觸或近接性，並輸出一信號指示該接觸或近接性；且該感測器系統進一步包括感測器調節器，其等輸出一與電容成比例的信號供下游使用。進一步針對先前實施例，該眼瞼位置感測器系統進一步包括一多工器，其經組態以接收來自該感測器導體的多個輸入並輸出一單一信號至該系統控制器。進一步針對此節之其他實施例，該眼瞼位置感測器進一步包括一通訊頻道，用於協調成對經供電隱形眼鏡之間的動作。進一步針對此節之其他實施例，該鏡片進一步包括一瞳孔位置系統，其具有至少一加速計，以用於追蹤眼睛移動，該瞳孔位置系統與該系統控制器通訊，使得該系統控制器對該至少一加速計取樣以偵測瞳孔位置；且該系統控制器使用瞳孔位置及眼瞼位置兩者以判定該睡眠肇始及睡意的至少一者。

在至少一實施例中，一經供電眼用鏡片包括：一隱形眼鏡；以及一眼瞼位置感測器系統，其係併入該隱形眼鏡中，該眼瞼位置感測器系統包括至少一感測器條帶，其具有複數個沿著其長度之垂直點以偵測眼瞼位置；一系統控制器，其經組態以取樣該感測器陣列中之各個別感測器以偵測眼瞼位置並提供一輸出控制信號；及至少一警示機制，其經組態以接收該輸出控制信號，並能夠提供一警示以及儲存資料中的至少一者，以回應該系統控制器之一判定，該系統控制器判定眼瞼已持續閉合一段時間表示睡眠肇始及睡意的至少一者。進一步針對先前實施例， 該警示機制包括下列之至少一者：一光源，其經定位在該鏡片上以提供一光至該鏡片之一配戴者的視網膜及該鏡片本身之至少一者上作為警示；一傳感器，其使該鏡片之一配戴者的眼睛振動作為警示；一電模擬器，其經組態以刺激一角膜表面及一角膜之至少一感覺神經的至少一者；以及一變換器，其提供該隱形眼鏡之一光學區的光學區修改。進一步針對此節之其他實施例，該鏡片進一步包括一時鐘，且該警示機制包括相關聯記憶體，以用於回應該系統控制器判定的睡眠肇始而儲存一睡眠起始，並用於回應該系統控制器判定之一配戴者醒來而儲存一睡眠終止，該警示機制經組態以儲存具有該睡眠起始及該睡眠終止之一來自該時鐘的時間戳記。

在至少一實施例中，一經供電眼用鏡片包括：一人工水晶體；以及一眼瞼位置感測器系統，其係併入該人工水晶體，該眼瞼位置感測器系統包括一感測器陣列，其具有複數個個別感測器以偵測眼瞼位置；一系統控制器，其經組態以取樣該感測器陣列中之各個別感測器以偵測眼瞼位置以判定一配戴者之睡意及睡眠肇始之至少一者，並提供一輸出控制信號；及至少一警示機制，其經組態以接收該輸出控制信號。

在至少一實施例中，提供一在其中回應偵測到勞動者的眼瞼閉合一段時間指示該勞動者睡著而喚醒該勞動者的機制將是有利的。在一進一步的實施例中，該系統包括一機制，其基於一不同於一般眨眼模式或由勞動者提供的眨眼指令之一指示之一經偵測的眼瞼閉合模式來警示勞動者正逐漸入睡。

本發明關於一可合併一眼瞼或瞼位置感測器之供電或電子眼用鏡片。眼瞼有多種方式來保護眼球係為已知，包含眨眼反射及眼淚散佈作用。眼瞼的眨眼反射藉由當眼睛感受威脅 時快速閉上以避免對眼球的創傷。眨眼亦散佈眼淚於眼球的表面上以保持眼球溼潤並沖走細菌及其他外來物。但眼瞼的移動亦可指示其他動作或功能在運作中。一眼瞼位置感測器可用來警示配戴一電子眼用鏡片的個體他或她正處於入睡的危險。

本發明更一般地說關於一包含一電子系統的經供電隱形眼鏡，該電子系統執行任何數量的功能，包含在內含一可變焦光學儀器時致動該可變焦光學儀器。該電子系統包括一或多個電池或其他電源、電力管理電路系統、一或多個感測器、時鐘產生電路系統、控制演算法和電路系統、以及鏡片驅動器電路系統。

一經供電眼用鏡片的控制可透過一與該鏡片無線通訊之手動操作外部裝置(例如，一手持式遠端單元)來完成。替代地，對經供電眼用鏡片的控制可經由直接來自於配戴者的回饋信號或控制信號來完成。例如，內建於鏡片中的感測器可偵測眨眼及/或眨眼模式。基於眨眼的模式或序列，該經供電眼用鏡片可例如在一醒著操作狀態與一睡著操作狀態之間改變操作狀態。或者，該等感測器可包括例如一壓力感測器、一簧片開關、一鹽分感測器、一生物感測器、及一電容式感測器，以提供一指示已將該鏡片插入的信號。

眨眼偵測演算法係為系統控制器的一組件，其偵測眨眼的特性，例如，一給定期間內之眼瞼是開或閉、眨眼開或閉的持續時間、眨眼間的持續時間及眨眼的次數。根據本發明的演算法係依照在特定取樣速率下取樣入射眼睛的光。預定的眨眼模式係經儲存並與入射光樣本之最近歷史記錄比較。當模式符合時，眨眼偵測演算法觸發該系統控制器中的活動，例如，切換至一特定操作狀態。

本發明之眨眼偵測演算法及相關聯電路較佳為在合理寬廣的照明條件範圍內操作，且較佳地能夠從不自主的眨眼中區分有意識的眨眼序列或閉合的眼瞼。另外較佳為在所需的最少訓練下利用有意識眨眼來啟動及/或控制該經供電眼用鏡片。本發明之眨眼偵測演算法及相關的電路系統提供一安全、低價且可靠的方式及方法透過一供電或電子隱形眼鏡來偵測眨眼(該供電或電子隱形眼鏡亦具有低電力消耗率並可縮放以併入眼用鏡片中)以至少啟動或控制供電或電子眼用鏡片之一。

本發明亦關於一供電或電子眼用鏡片，其併入一眼瞼或瞼位置感測器。

100‧‧‧隱形眼鏡

101‧‧‧環境光

102‧‧‧光感測器

103‧‧‧電流；箭頭

104‧‧‧放大器

106‧‧‧類比數位轉換器

108‧‧‧數位信號處理器

110‧‧‧電源

112‧‧‧警示機制

114‧‧‧系統控制器

300‧‧‧狀態轉移圖

302‧‧‧閒置狀態

304‧‧‧WAIT_ADC狀態

306‧‧‧移位狀態

308‧‧‧比較狀態

310‧‧‧完成狀態

402‧‧‧光二極體

404‧‧‧轉阻放大器

406‧‧‧自動增益與低通過濾階段

408‧‧‧ADC

410‧‧‧方塊

500‧‧‧數位調節邏輯

502‧‧‧數位暫存器

504‧‧‧臨限值產生電路

506‧‧‧比較器

508‧‧‧增益調整方塊pd_gain_adj

600‧‧‧數位偵測邏輯

602‧‧‧移位暫存器

604‧‧‧比較方塊

606‧‧‧D正反器

608‧‧‧計數器

800‧‧‧數位系統控制器

802‧‧‧數位眨眼偵測子系統dig_blink

804‧‧‧主狀態機dig_master

806‧‧‧時鐘產生器clkgen

850‧‧‧數位系統控制器

852‧‧‧數位睡眠偵測子系統dig_sleep

854‧‧‧主狀態機dig_master

856‧‧‧時鐘產生器clkgen

1000‧‧‧積體電路晶粒

1002‧‧‧光通過區

1004‧‧‧光阻擋區

1006‧‧‧焊墊

1008‧‧‧鈍化開口

1010‧‧‧光阻擋層開口

1100‧‧‧隱形眼鏡

1102‧‧‧軟塑料部分

1104‧‧‧電子插入件

1106‧‧‧鏡片

1108‧‧‧積體電路

1110‧‧‧電池

1112‧‧‧光感測器

1114‧‧‧佈線跡線

1200‧‧‧眼睛

1201‧‧‧位置

1202‧‧‧隱形眼鏡

1203‧‧‧位置

1204‧‧‧感測器陣列

1204'‧‧‧感測器陣列

1205‧‧‧位置

1206a‧‧‧光感測器

1206a'‧‧‧光感測器

1206b‧‧‧光感測器

1206b'‧‧‧光感測器

1206c‧‧‧光感測器

1206c'‧‧‧光感測器

1206d‧‧‧光感測器

1206d'‧‧‧光感測器

1206e‧‧‧光感測器

1206e'‧‧‧光感測器

1206f‧‧‧光感測器

1206f'‧‧‧光感測器

1206g‧‧‧光感測器

1206g'‧‧‧光感測器

1206h‧‧‧光感測器

1206h'‧‧‧光感測器

1206i‧‧‧光感測器

1206i'‧‧‧光感測器

1206j‧‧‧光感測器

1206j'‧‧‧光感測器

1206k‧‧‧光感測器

1206k'‧‧‧光感測器

1206l‧‧‧光感測器

1206l'‧‧‧光感測器

1207‧‧‧位置

1209‧‧‧位置

1300‧‧‧兩眼

1302‧‧‧隱形眼鏡

1304‧‧‧感測器陣列

1306‧‧‧電子通訊組件

1308‧‧‧光感測器

1310‧‧‧線

1400‧‧‧電子系統

1401‧‧‧光

1402‧‧‧隱形眼鏡

1404‧‧‧光感測器

1406‧‧‧放大器

1408‧‧‧多工器

1410‧‧‧類比數位轉換器

1412‧‧‧系統控制器

1414‧‧‧警示機制

1416‧‧‧數位信號處理系統或微處理器或數位信號處理器

1418‧‧‧電源

1501‧‧‧虛線

1502‧‧‧環境光位準；總入射光

1503‧‧‧虛線

1504‧‧‧光感測器

1506‧‧‧光感測器

1508‧‧‧光感測器

1510‧‧‧位置

1512‧‧‧位置

1514‧‧‧位置

1600‧‧‧替代偵測系統

1602‧‧‧隱形眼鏡

1604‧‧‧電容式觸控感測器

1606‧‧‧感測器調節器

1608‧‧‧多工器

1610‧‧‧系統控制器

1612‧‧‧警示機制

1614‧‧‧電源

1700‧‧‧電路

1702‧‧‧隱形眼鏡

1708‧‧‧條帶

1708a‧‧‧條帶

1708b‧‧‧條帶

1710‧‧‧系統控制器

1712‧‧‧警示機制

1714‧‧‧電源

1800‧‧‧瞳孔位置及會聚偵測系統

1801‧‧‧隱形眼鏡

1802‧‧‧感測器

1804‧‧‧信號處理器

1806‧‧‧系統控制器

1808‧‧‧警示機制

1810‧‧‧收發器

1812‧‧‧天線

1814‧‧‧電源

1902‧‧‧感測器

1904‧‧‧感測器

1906‧‧‧感測器

1908‧‧‧感測器

1910‧‧‧系統控制器

2002‧‧‧步驟

2004‧‧‧步驟

2006‧‧‧步驟

2008‧‧‧步驟

2010‧‧‧步驟

2012‧‧‧步驟

2102‧‧‧電氣連通連接器

2104‧‧‧輻射消毒基座單元

2106‧‧‧電池

從以下對本發明較佳實施例之更詳細說明中，如所附圖式所繪示，將更清楚明白本發明之前述及其他特徵與優勢。

圖1繪示一隱形眼鏡，其包含一根據本發明之一些實施例的眨眼偵測系統。

圖2繪示根據本發明之一入射於眼睛表面的光對時間的圖示，其說明在不同光強度位準所記錄之一可能的非自主眨眼模式以及基於介於最大與最小光強度位準之間某一點之可用的臨限位準。

圖3為根據本發明之一眨眼偵測系統的狀態轉換圖。

圖4繪示根據本發明之用於偵測及取樣所接收之光信號之一光偵測路徑的圖示。

圖5繪示根據本發明之數位調節邏輯的方塊圖。

圖6繪示根據本發明之數位偵測邏輯的方塊圖。

圖7繪示根據本發明的時序圖。

圖8A及圖8B繪示根據本發明之數位系統控制器的圖示。

圖9A至圖9G繪示根據本發明之用於自動增益控制的時序圖。

圖10繪示根據本發明之在一積體電路晶粒上之光阻擋及光通過區的圖示。

圖11繪示根據本發明之用於一經供電隱形眼鏡之包括一眨眼偵測器之一電子插入件的圖示。

圖12A及圖12B繪示根據本發明之眼瞼位置感測器的圖示。

圖13繪示根據本發明之具有用於同步兩眼間的操作之一通訊頻道之兩眼瞼位置感測器的圖示。

圖14A繪示根據本發明之併入一隱形眼鏡中用於偵測眼瞼位置之一電子系統的圖示。

圖14B繪示圖14A之電子系統的放大圖。

圖15繪示根據本發明之來自眼瞼位置感測器之輸出的圖示。

圖16A繪示根據本發明之併入一隱形眼鏡中用於偵測眼瞼位置之另一電子系統的圖示。

圖16B繪示圖16A之電子系統的放大圖。

圖17A至圖17C繪示根據本發明之一眼瞼位置偵測系統的圖示。

圖17D繪示圖17A至圖17C之電子系統的放大圖。

圖18A繪示根據本發明之一併入一隱形眼鏡中之瞳孔位置及會聚偵測系統的圖示。

圖18B為圖18A之例示性瞳孔位置及會聚偵測系統的放大圖。

圖18C繪示X、Y、及Z軸在眼睛上的覆疊。

圖19繪示根據本發明之一具有多個感測器之通用系統、一系統控制器、及一警示機制的方塊圖，在其中基於二或更多個感測器的輸出作出一啟動決策。

圖20繪示根據本發明之一方法的流程圖，一系統控制器藉由該方法判定一警示機制的狀態是否要基於感測器輸入作改變。

圖21繪示根據本發明之至少一實施例之一儲存盒的方塊圖。

習用的隱形眼鏡為具有特定形狀的聚合物結構，以如上文所簡述地矯正多種視力問題。為實現增強功能性，可將各種電路和元件整合至該些聚合物材料結構。例如，可透過訂製的光電子組件將控制電路、微處理器、通訊裝置、電力供應、感測器、警示機制、發光二極體及微型天線整合入隱形眼鏡中，不僅用於矯正視力，也能加強視覺以及提供如本文說明的額外功能。電子式及/或經供電式隱形眼鏡可經設計以經由放大目標和縮小目標的能力或僅只是單純地透過修改鏡片的折射能力來提供經增強的視力。電子及/或經供電隱形眼鏡可經設計以增強色彩和解析度、顯示紋理資訊、將語音即時轉譯為字幕、提供導航系統的視覺提示、以及提供影像處理和網路存取。鏡片可經設計以讓配戴者在低光照狀況下看得見。鏡片上經妥適設計的電子元件及/或電子元件佈置可允許例如在沒有可變焦光學鏡片的情況下將圖像投射到視網膜上、提供新穎圖像顯示、及甚至提供喚醒警示。此 外，可利用內建於鏡片中的感測器來偵測入射在眼睛上的光，以補償環境光狀況或者用於判定眨眼模式及配戴者睡著或醒著。

本發明之供電或電子隱形眼鏡包含必要元件以矯正及/或增強具有上述之一或多種視力缺陷的患者之視力，或以其他方式執行一有用的眼用功能。此外，電子式隱形眼鏡可單純地用來增強正常的視力，或者提供如上述的多種功能。電子隱形眼鏡可包含一可變焦光學鏡片、嵌入隱形眼鏡中之一經組裝的前部光學元件、或在沒有鏡片的狀況下僅單純嵌入電子元件，以用於任何適當的功能。本發明的電子式鏡片可併入任何數量之上述隱形眼鏡中。此外，人工水晶體也可結合本文所述之各種組件和功能。然而，為說明容易起見，本揭露將專注於用於矯正所欲之視力缺陷的單次使用的日拋型電子式隱形眼鏡。

本發明可用於包含一電子系統的經供電眼用鏡片或經供電隱形眼鏡中，該電子系統制動一可變焦光學元件或任何其他一或多個裝置，該任何其他一或多個裝置係經組態以實施任何數量之多種可執行的功能。該電子系統包括一或多個電池或其他電源、電力管理電路系統、一或多個感測器、時鐘產生電路系統、控制演算法和電路系統、以及鏡片驅動器電路系統。這些組件的複雜度可根據鏡片所要求或所欲之功能而變化。或者，隱形眼鏡可僅監控配戴者的睡意及/或睡眠。

對電子式或經供電眼用鏡片的控制可透過與鏡片通信的手動操作式外部裝置(諸如手持式遠端裝置)來完成。例如，錶鏈可基於配戴者的人工輸入與供電式鏡片進行無線通信。替代地，對經供電眼用鏡片的控制可經由直接來自於配戴者的回饋信號或控制信號來完成。例如，內建於鏡片中的感測器可偵測眨眼、眨眼模式、及/或眼瞼閉合。基於眨眼的模式或序列，該經 供電眼用鏡片可改變操作狀態，例如，鏡片的操作狀態或其用於偵測配戴者睡眠的操作狀態。一進一步的替代例在於配戴者無法對該經供電眼用鏡片的操作進行控制。

一眨眼偵測演算法係該系統控制器之一組件，其偵測眨眼的特性，例如，眼瞼是開或閉、眨眼的持續時間、眨眼間的持續時間、一給定期間內之眨眼次數、以及眼瞼閉合的長度。根據本發明的演算法係依照在特定取樣速率下取樣入射眼睛的光。預定的眨眼模式係經儲存並與入射光樣本之最近歷史記錄比較。當模式符合時，該眨眼偵測演算法可觸發該系統控制器中的動作，例如，啟動該鏡片驅動器以改變該鏡片的屈光度數或改變鏡片的操作狀態。該眨眼偵測演算法進一步區分預定的眨眼模式以及與睡意相關聯的眼瞼移動或已發生睡眠肇始。

眨眼係眼瞼的快速開合且為眼睛的基本功能。眨眼保護眼睛免受外來物影響，例如，個體在物體意外出現在眼睛近接處時眨眼。眨眼藉由散佈眼淚以提供眼睛前表面的潤滑。眨眼亦可用來除去眼睛中的汙染物及/或刺激物。一般而言，眨眼係自動完成，但外部刺激可能造成如刺激物的情形。然而，眨眼亦可為目的性，例如無法以口語或手勢溝通的個體可以眨眼一次表示是，眨眼兩次表示否。本發明之眨眼偵測演算法與系統利用不會與正常眨眼回應混淆的眨眼模式。換言之，若眨眼係用作為控制一動作的方式，則選定為給定動作的特定模式不可隨機發生。否則可能發生不經意的動作。由於眨眼速度及/或頻率會受各種因素影響，包括疲勞、精神集中、無聊、眼睛受傷、用藥、以及疾病，用於控制目的之眨眼模式較佳地考慮影響眨眼的這些與任何其他變數。非自主眨眼的平均長度係於約100至400微秒的範圍內。平均成年男性及女性為每分鐘10次非自主眨眼的速率，而 非自主眨眼之間的平均時間為約0.3至70秒。眼瞼移動亦可指示其他狀況，例如，當眼瞼在一段時間內大致上趨向於閉合時的睡意，或持續閉合一段時間指示配戴者睡著。

該眨眼偵測演算法之一實施例可歸納為以下步驟。

1.界定一有意識的「眨眼序列」，其係一使用者為了正眨眼偵測而將執行者，或其係代表睡眠肇始。

2.以一與偵測該眨眼序列一致的速率取樣入射光位準，且去除非自主眨眼。

3.將經取樣之光位準的歷史記錄與預期的「眨眼序列」(如同由一眨眼樣板的值所界定者)作比較。

4.可選地，實施一眨眼「遮罩」序列以指示在比較期間欲忽略的樣板部份，例如近轉換(near transition)。此可容許一使用者偏離一所欲的「眨眼序列」，例如，一正或負一(1)錯誤視窗(error window)，在其中可發生鏡片啟動、控制及焦距改變的一或多者。此外，這樣可容許使用者的眨眼序列的時序有變異。

一眨眼序列可定義如下：

1.眨眼(閉合)0.5秒

2.睜開0.5秒

3.眨眼(閉合)0.5秒

在100毫秒的取樣速率下，20個樣本眨眼樣板係由以下給定blink_template=[1,1,1,0,0,0,0,0,1,1,1,1,1,0,0,0,0,0,1,1]。

眨眼遮罩係定義為僅在一轉換後遮蔽樣本(0為遮蔽或忽略樣本)且係由下列給定blink_mask=[1,1,1,0,1,1,1,1,0,1,1,1,1,0,1,1,1,1,0,1]。

可選地，一較廣的轉換區可經遮蔽以容許更多的時序不確定性，且係由下列給定blink_mask=[1,1,0,0,1,1,1,0,0,1,1,1,0,0,1,1,1,0,0,1]。

可實施替代模式，例如單次長眨眼，在此情況下係24樣本樣板有1.5秒眨眼，由下列給定blink_template=[1,1,1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,1,1]。

一進一步的替代模式可實施為指示睡眠，在此情況下係24樣本樣板有2.4秒眨眼(或眼睛已因睡眠而閉合)，由下列給定blink_template=[0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0]。

在一替代實施例中，此blink_template係在無blink_mask的情況下使用。

重要的是要注意上述實例係用於說明目的，並非呈現特定資料組。

偵測可藉由邏輯地比較樣本的歷史記錄與樣板及遮罩來實施。邏輯操作係於一按位元的基礎上互斥或(XOR)該樣板與該樣本歷史記錄序列，並接著驗證所有未經遮罩的歷史記錄位元與該樣板符合。例如，如上述眨眼遮罩樣本所說明，在值為邏輯1的眨眼遮罩之序列的各位置中，眨眼必須符合在該序列之該位置的眨眼遮罩樣板。然而，在值為邏輯0的眨眼遮罩之序列的各位置中，眨眼不需符合在該序列之該位置的眨眼遮罩樣板。例如，可利用以下布林(Boolean)演算法方程式，如編碼於MATLAB^®中者。

符合=not(blink_mask)|not(xor(blink_template,test_sample))，其中test_sample為該樣本歷史記錄。符合的值為一具有與眨眼樣板、樣本歷史記錄、及blink_mask相同長度的序列。若該符合的序列皆為邏輯1，則發生一良好符合。將其細分，not(xor(blink_template,test_sample))對各不符合給定一邏輯0且對各符合給定一邏輯1。具有反向遮罩的邏輯實行「或」操作(Logic oring)將該符合序列中之各位置強制為一邏輯1，其中該遮罩為一邏輯0。因此，若在一眨眼遮罩樣板中有更多位置的值被指定為邏輯0，則可容許與人眨眼相關的誤差幅度(margin)越大。MATLAB^®為一用於數值計算、視覺化、及程式化的高階語言及實施方案，且係MathWorks,Natick，Massachusetts的產品。亦重要的是要注意該眨眼遮罩樣板中的邏輯0數量越多，越有可能誤判為符合預期或意欲的眨眼模式。須了解各種預期或意欲的眨眼模式可以一次一或多個啟動點(active)程式化至一裝置中，且在 至少一實施例中，控制使用將在一特定操作狀態中使用之特定眨眼模式。更具體而言，多個預期或意欲的眨眼模式可用於相同的目的或功能，或實施不同或替代的功能。例如，一個眨眼模式可用來使鏡片在至少一睡著操作狀態與一醒著操作狀態之間改變操作狀態。在至少一實施例中，眨眼偵測亦可偵測眼瞼何時維持閉合，其將被偵測為一連續眨眼；眼瞼具有一為睡眠閉合的移動軌跡，其將被偵測為一部分眨眼或一系列的部分眨眼，例如，當一部分的感測器在發生一次眨眼後受眼瞼覆蓋時；以及眼瞼下垂，在有或無確認凝視位置及/或頭部下垂的情況下，其將被偵測為上部及/或下部眼瞼自其正常穩態位置改變穩態位置。

一判定配戴者是否打瞌睡之一方式的一個實例係藉由追蹤眨眼週期寬度與眼瞼睜開週期寬度的長度。或者，除了或取代眼瞼睜開週期寬度之外，亦追蹤部分眼瞼睜開週期寬度。一般而言，眨眼與眼瞼睜開之間的比率將是1：15至1：22，但隨著配戴者接近入睡，眨眼週期寬度的長度將增加，而眼瞼睜開週期寬度將減少。在一包括複數個用於儲存週期寬度之暫存器的系統中，可維持眨眼週期與眼瞼睜開週期之間的一連續連串比率，以致當該比率趨勢接近一預定的昏睡臨限時，配戴者或許已開始打瞌睡。預定的昏睡臨限的實例包括，但不限於一至1、2、3、4、5、及10。該系統控制器將經組態以比較比率並在一滾動視窗內追蹤週期長度。在一替代實施例中，由於配戴者可能注意到自己在打瞌睡並在有另一個很長的眨眼週期之前更加留心，該系統控制器將僅針對一預定視窗保留與不標準眨眼相關聯的週期寬度資訊。

在一替代實施例中，該系統控制器將在一預定時間(多個預定時間)針對配戴者判定一眨眼對眼瞼睜開的比率。 預定時間(多個預定時間)的實例包括，但不限於在鏡片插入的不久之後、一小時增量、兩小時增量、四小時增量、及此等的任一組合。在一替代或進一步的實施例中，當偵測到一眼或雙眼的焦距改變或眨眼間的時間增加使得增加超過一指示例如配戴者正集中精神在某事上或配戴者開始覺得無聊的預定臨限時，該系統控制器將針對配戴者判定一眨眼對眼瞼睜開的比率。此配戴者特有的比率將用來計算預定的昏睡臨限。計算之一實例包括取得配戴者特有比率之一分率(fraction)，例如，縮減四分之一(例如，1：20至1：15)、縮減一半(例如，1：20至1：10)、或縮減四分之三(例如，1：20至1：5)。基於此實例，所屬技術領域中具有通常知識者須了解各種縮減均係可行的。

在一進一步的實施例中，針對配戴者監控眼瞼下垂的程度，使得當眼瞼位置的穩態已自配戴者的初始穩態減少時，接著此將觸發該系統控制器而使該警示機制動作。在至少一實施例中，眼瞼穩態係基於如該眼瞼位置感測器系統所判定之眨眼後眼瞼睜開至的位置。在至少一實施例中，穩態位置係為了比較目的儲存在一暫存器中。該系統控制器將具有一緩存器或其他記憶體以儲存一連續連串眼瞼位置測量，以用於與儲存在該暫存器中的穩態測量作比較。

打瞌睡之一進一步的實例係眼瞼在一次眨眼期間睜開與閉合的速度。一研究發現眼瞼閉合的平均時間係92毫秒加或減17毫秒，且眼瞼睜開的平均時間係242毫秒加或減55毫秒。BanderWerf等人之「Eyelid Movements：Behavioral Studies of Blinking in Humans under Different Stimulus Conditions」，Journal of Physiology，2003年5月，第89卷，第5期，第2784至2796頁。在至少一實施例中，該系統控制器針對眼瞼閉 合及眼瞼睜開的至少一者保存一連續時間列表，以容許判定所監控的眼瞼移動的速度是否有變化。以致當一連串眨眼期間的速度減緩時，則該系統控制器具有判定配戴者昏睡的基礎。在一進一步的實施例中，速度係以從閉合的眼瞼位置及睜開的眼瞼位置的距離與在這兩點之間行進的時間之間的比率來測量。

入睡之一更進一步的實例係鏡片配戴者之瞳孔的掃視運動(Saccades movement)減少。眼睛在人們醒著的時候由於生理考量而以掃視運動疾動是正常的。當人們變得想睡，這些移動將在眼瞼睜開的同時減少。在至少一實施例中，該眼睛移動感測器系統係用來追蹤瞳孔移動，並可提供此資訊給該系統控制器，以用於沿著反映瞳孔移動的量、長度、及速度之一連續的眼睛移動資料列表進行比較。

在一進一步的實施例中，該系統控制器將利用來自該加速計的信號以判定配戴者的頭部是否伴隨任何較長的眨眼週期寬度開始下垂，接著該系統控制器在至少一實施例中將降低該昏睡臨限或替代地使用該下垂的頭部作為對配戴者開始入睡並需要警示的確認。

圖1以方塊圖形式繪示根據本發明之一實施例之一包含一電子眨眼偵測器系統的隱形眼鏡100。在此實施例中，該電子眨眼偵測器系統可包含一光感測器102、一放大器104、一類比數位轉換器(或ADC)106、一數位信號處理器108、一電源110、一警示機制112、及一系統控制器114。

在將隱形眼鏡100放置於使用者眼睛的前表面上時，該眨眼偵測器系統的電子電路系統可用來實施本發明的眨眼偵測演算法。光感測器102以及其他電路系統係經組態以偵測眨眼、由使用者眼睛產生的各種眨眼模式、及/或眼瞼閉合的程度。

在此實施例中，光感測器102可嵌入隱形眼鏡100並接收環境光101，將入射光子轉換成電子並因而導致一電流(如箭頭103所指示者)流入放大器104。該光感測器或光偵測器102可包含任何適合的裝置。在一實施例中，光感測器102包含一光二極體。在至少一實施例中，該光二極體係以一互補金屬氧化物半導體(CMOS製程技術)實施，以增加整合能力並降低光感測器102與其他電路系統的整體大小。電流103係與入射光位準成比例，並在眼瞼覆蓋光偵測器102時實質上下降。放大器104產生一與輸入成比例的輸出(帶有增益)，且可作用為一將輸入電流轉換為輸出電壓的轉阻放大器。放大器104可放大一信號至該系統其餘部分之可用的位準，例如，給予該信號足夠的電壓及功率以由ADC 106獲取。例如，該放大器對驅動後續方塊可能是必要的，因為光感測器102的輸出可為相當小並可用於弱光環境。放大器104可實施為一可變增益放大器，其增益可以一回饋配置由系統控制器114調整，以最大化該系統的動態範圍。除了提供增益之外，放大器104可包括其他類比信號調節電路系統，例如，適合光感測器102與放大器104輸出的過濾及其他電路系統。放大器104可包含任何用於放大及調節光感測器102之信號輸出的合適裝置。例如，放大器104可簡單包含一單一運算放大器或者一包含一或多個運算放大器之更複雜的電路。如前所述，光感測器102與放大器104係經組態以基於透過眼睛所接收之入射光強度來偵測及分離眨眼序列，並將該輸入電流轉換為一最終可由系統控制器114使用的數位信號。系統控制器114係較佳地經預程式化或預組態以辨識在各種光強度位準條件下之各種眨眼序列、眨眼模式、及/或眼瞼閉合(部分或完全)，並提供警 示機制112一適合的輸出信號。系統控制器114亦包含相關聯記憶體。

在此實施例中，ADC 106可用來將一來自放大器104之連續、類比信號輸出轉換成一適於進一步信號處理之經取樣、數位信號。例如，ADC 106可將來自放大器104之一類比信號輸出轉換成一由後續或下游電路(例如，一數位信號處理系統或微處理器108)可使用的數位信號。一數位信號處理系統或數位信號處理器108可用於數位信號處理，包括過濾、處理、偵測、及以其他方式操縱/處理經取樣資料的一或多者，以允許入射光偵測供下游使用。可使用上述之眨眼序列及/或眨眼模式連同指示延長的眼瞼閉合或眼瞼偏移(drift)之眨眼序列來預程式化數位信號處理器108。數位信號處理器108亦包含相關聯記憶體，其在至少一實施例中包括樣板與遮罩組，以偵測例如用於系統控制器114所選之各操作狀態的眨眼模式。數位信號處理器108可利用類比電路系統、數位電路系統、軟體、或其一組合來實施。在所繪示的實施例中，其係以數位電路系統實施。伴隨相關聯放大器104與數位信號處理器108的ADC 106係以與前述取樣速率一致之一適當速率啟動(例如，每隔一百(100)毫秒)。

一電源110供應電力給包含該眨眼偵測系統的多個組件。該電力可由一電池、能源擷取器、或其他適合手段供應，如所屬技術領域中具有通常知識者所知。基本上，任何類型的電源110均可用來提供可靠電力予該系統的所有其他組件。在至少一實施例中，一眨眼序列可用來改變該系統及/或該系統控制器的操作狀態。此外，系統控制器114可依據來自數位信號處理器108的輸入來控制一經供電隱形眼鏡的其他態樣，例如，透過一致動器改變一電子控制鏡片的焦距或屈光度數。

在至少一實施例中，系統控制器114將基於一接收到的眨眼模式判定鏡片的操作狀態，以將操作狀態設定為一睡著操作狀態或一醒著操作狀態，但在一替代實施例中，其他狀態係可行的。進一步針對此實施例，伴隨著回應於系統控制器114偵測到配戴者已入睡而控制警示機制之作為，操作狀態將判定數位信號處理器108在彼操作狀態欲使用之一組眨眼樣板及遮罩。在一替代實施例中，該鏡片將意欲在輪班期間使用，且因此將根據所述的醒著操作狀態進行操作，使得數位信號處理器108將針對一特定配戴者使用一組眨眼樣板及遮罩。。在一進一步的替代實施例中，意欲在輪班期間使用的該鏡片將僅使用一指示睡眠肇始的眨眼樣板進行操作，且不會基於配戴者的任何眨眼模式改變操作狀態。

該系統控制器114使用來自該光感測器鏈的訊號；即光感測器102、放大器104、ADC 106、及數位信號處理系統108，以比較經取樣的光位準與眨眼啟動模式。參照圖2，其繪示在各種光強度位準下所記錄之眨眼模式樣本對時間的圖示以及一可用的臨限位準。因此，當取樣入射在眼睛上的光時，考慮各種因素可減少及/或避免偵測眨眼的錯誤，例如，考慮在不同地方及/或在執行各種活動時光強度位準的變化。另外，當取樣入射在眼睛上的光時，考慮環境光強度的改變可對眼睛及眼瞼造成的效應亦可減少及/或避免偵測眨眼的錯誤，例如，當眼瞼在低強度光位準與高強度光位準下閉合時阻擋多少可見光。換言之，為了避免使用錯誤的眨眼模式來控制，較佳地考慮環境光位準，如下文所詳細解釋者。

例如，在一研究中發現眼瞼平均可阻擋大約九十九(99)百分比的可見光，但在較短的波長下，較少光傾向於透射 通過眼瞼，擋掉大約99.6百分比的可見光。在較長的波長下(偏向光譜紅外光部分)，眼瞼僅可阻擋三十(30)百分比的入射光。然而，重要的是請注意；在不同頻率、波長、及強度的光可以不同的效率透射通過眼瞼。例如，當看向亮光源時，個體可在他或她的眼瞼閉合時看到紅光。個人眼瞼可阻擋多少可見光亦有變異性，如個人的皮膚色素。如圖2所繪示，在七十(70)秒時間間隔的過程中模擬跨各種光照位準之眨眼模式的資料樣本，其中係在模擬過程期間記錄透射通過眼睛的可見光強度位準，並繪示一可用的臨限值。該臨限係設定為一值，該值係介於在不同光強度位準下的模擬過程中針對該樣本眨眼模式所記錄的可見光強度的峰對峰值之間。在時間內追蹤平均光位準以及調整一臨限的同時具有預程式化眨眼模式的能力對能夠偵測個體何時眨眼(相對於個體何時不眨眼及/或僅是光強度位準在一特定區域中有所改變)可係關鍵性的。

現再次參照圖1，在進一步的替代實施例中，系統控制器114可接收來自包括一眨眼偵測器、壓力感測器、一加速計(多個加速計)、光感測器、及一錶鏈控制(fob control)之一或多者的來源之輸入。經由一般化的方法且基於此揭露，所屬技術領域中具有通常知識者須了解由系統控制器114判定睡眠的方法可使用一或多個輸入。例如，一電子或經供電隱形眼鏡可為可特定針對一各別使用者進行程式化的，例如，程式化一鏡片以辨識一個體的眨眼模式與一個體的頭部移動，如以一加速計在一整天期間內偵測到的(例如，在眼瞼閉合的同時頭部上下擺動)。在一些實施例中，使用超過一個輸入來藉由一電子隱形眼鏡判定睡眠(例如，眨眼偵測及頭部移動)可給予各方法在判定已發生睡眠肇始前與另一者交叉檢查的能力，如將於稍後連同圖18及圖 19所討論者。交叉檢查之一優點可包括減少誤判，例如，最小化無意觸發一鏡片警示及/或記錄錯誤資料的機率。在一實施例中，交叉檢查可涉及一投票方案(voting scheme)，其中在一睡眠判定前要符合某些數量的條件。在一進一步的實施例中，交叉檢查可涉及一加權平均，其中某些輸入將被視為比其他輸入更加重要，例如，眼瞼閉合及頭部定向。

警示機制112可包含用於基於一接收到的命令信號對配戴者實施一特定警示的任何適當裝置。例如，若一睡眠模式與如上述之一經取樣的光位準相比係相符的，則系統控制器114可使警示機制112作用(例如，一光(或光陣列))，以產生一光脈衝或導致一物理波脈動進入配戴者的視網膜(或替代地跨鏡片)或登錄關於睡眠肇始的資料。警示機制112之進一步的實例包括一電氣裝置；一機械裝置，其包括例如壓電裝置、傳感器、振動裝置、化學品釋放裝置(其所具有的實例包括釋放化學品導致搔癢、刺激性、或灼熱感)、及聲音裝置；一變換器，其提供該隱形眼鏡之一光學區的光學區修改，例如，修改通過鏡片之光透射的焦距及/或百分率；一磁性裝置；一電磁裝置；一熱裝置；一光學賦色機制，其具有或不具有液晶、稜鏡、光纖、及/或燈管，以例如提供一光學修改及/或朝視網膜的直射光；一電氣裝置(例如，一電刺激器)，以提供溫和的視網膜刺激或刺激一角膜表面及角膜的一或多個感覺神經的至少一者；或彼等之任何組合。除了來自電源110之電力外，警示機制112接收一來自系統控制器114的信號，並基於來自系統控制器114的信號產生一些動作。例如，若系統控制器114的信號指示配戴者在醒著操作狀態期間入睡，則警示機制112可警示配戴者他/她已入睡。在一替代實施例中，系統控制器114可輸出一指示配戴者在睡著操作狀 態期間已入睡的信號，接著警示機制112將為稍後的檢索將資訊記錄在記憶體中。在一替代實施例中，系統控制器114將資料儲存在與系統控制器114相關聯的記憶體中，而不會將警示機制112用於資料儲存。如稍後索討論者，在至少一實施例中，有一提供一時間戳記的時鐘。如上所述，本發明之供電鏡片可提供各種功能；因此，一或多個警示機制可經各種組態以實施其功能性。

圖3繪示根據本發明之眨眼偵測演算法之用於一眨眼偵測系統的狀態轉換圖300。該系統開始於一閒置(IDLE)狀態302，等待確立一致能信號(enable signal)bl_go。當例如藉由以與該眨眼取樣速率相當的一百(100)毫秒速率脈衝bl_go之一振盪器及控制電路來確立該致能bl_go訊號時，該狀態機接著轉變至一WAIT_ADC狀態304，其中一ADC係經致能以將一接收到的光位準轉換為一數位值。該ADC確立一adc_done訊號以指示其操作完成，而該系統或狀態機轉變至一移位狀態306。在移位(SHIFT)狀態306中，該系統推動最新近接收到的ADC輸出值至一移位暫存器上以容納眨眼樣本的歷史記錄。在一些實施例中，該ADC輸出值首先與一臨限值作比較以提供一單一位元(1或0)予該樣本值，用以最小化儲存需求。該系統或狀態機接著轉變至一比較(COMPARE)狀態308，其中該樣本歷史記錄移位暫存器中的值係與如上述之一或多個眨眼序列樣板及遮罩作比較。若偵測到一符合，則可確立一或多個輸出訊號，例如，用以切換鏡片狀態至一睡著操作狀態或一醒著操作狀態，或發出配戴者睡眠肇始的信號者。該系統或狀態機接著轉變至該完成(DONE)狀態310且確立bl_done訊號以指示其操作完成。

圖4繪示一光感測器或光偵測器信號路徑pd_rx_top，其可用來偵測及取樣接收到的光位準。該信號路徑pd_rx_top可包含一光二極體402、一轉阻放大器404、一自動增益與低通過濾階段406(AGC/LPF)、及一ADC 408。該adc_vref信號係由該電源110(見圖1)輸入至ADC 408，或替代地其可由類比數位轉換器408內部之一專用電路提供。來自ADC 408的輸出(adc_data)係傳輸至數位信號處理及系統控制器方塊108/114(見圖1)。雖然在圖1中繪示為個別方塊108與114，為了容易解釋，該數位信號處理及系統控制器較佳地係在一單一方塊410上實施。該致能信號(adc_en)、該開始信號(adc_start)、及該重置信號(adc_rst_n)係接收自數位信號處理及系統控制器410，而該完成信號(adc_complete)係傳輸至該數位信號處理及系統控制器。該時鐘信號(adc_clk)可接收自該信號路徑(pd_rx_top)外部之一時鐘源或接收自該數位信號處理及系統控制器410。重要的是要注意，該adc_clk信號及該系統時鐘可以不同頻率運行。亦重要的是要注意，任何數量之不同的ADC可根據本發明使用，其等可具有不同的介面及控制信號，但其等執行提供該光感測器信號路徑之類比部分輸出之一經取樣、數位表示之一類似功能。該光偵測致能(pd_en)及該光偵測增益(pd_gain)係接收自該數位信號處理及系統控制器410。

圖5繪示數位調節邏輯500之方塊圖，該數位調節邏輯可用來將接收到的ADC信號值(adc_data)降低為一單一位元值(pd_data)。數位調節邏輯500可包含一數位暫存器502以自該光偵測信號路徑pd_rx_top接收該資料(adc_data)，以提供該adc_data_held信號上之一經保存的值。當確立adc_complete信號時，數位暫存器502係經組態以接受該adc_data信號上之一新 值，而當接收該adc_complete信號時則以其他方式持有該最後接受的值。以此方式，一旦閂鎖該資料，該系統可禁止該光偵測信號路徑，以降低系統電流消耗。接著可在臨限值產生電路504中取得該經保存的資料值的平均(例如，藉由一積丟(integrate-and-dump)平均法或其他以數位邏輯實施的平均方法)，以產生該信號pd_th上之一或多個臨限值。該經保存資料值可接著透過比較器506與一或多個臨界值比較以產生一位元資料值於該訊號pd_data上。應當理解該比較操作可使用滯後作用或與一或多個臨限值比較以最小化該輸出訊號pd_data上的雜訊。該數位調節邏輯可進一步包含一增益調整方塊pd_gain_adj 508，以根據所計算的臨限值及/或根據經保存的資料值經由該信號pd_gain(繪示於圖4中)設定該光偵測信號路徑中之該自動增益與低通過濾階段406的增益。重要的是要注意在此實施例中，在整個眨眼偵測的動態範圍中六位元字即提供足夠的解析度，同時最小化複雜度。圖5繪示一替代實施例，其包括提供一來自例如串列資料介面之pd_gain_sdi控制信號，其允許個人置換(override)由增益調整方塊pd_gain_adj 508所判定的自動增益控制。

在一實施例中，臨限值產生電路504包含一波峰偵測器、一波谷偵測器、及一臨限值計算電路。在此實施例中，該臨限值與增益控制值可如下產生。該波峰偵測器與該波谷偵測器係配置以接收信號adc_data_held上的經保存值。該波峰偵測器係進一步經組態以提供一輸出值(pd_pk)，其快速追蹤該adc_data_held值的增加，且若該adc_data_held值下降則緩慢衰變。該操作係類似於一經典二極體封包檢測器，如電氣領域中眾所周知者。該波谷偵測器係進一步經組態以提供一輸出值pd_vl，其快速追蹤該adc_data_held值的下降，且若該 adc_data_held值增加則緩慢衰變至一更高的值。該波谷偵測器的操作亦類似於二極體封包檢測器，具有連接至一正電力供應電壓的放電電阻器。該臨限值計算電路係經組態以接收該pd_pl與pd_vl值，且係進一步經組態以基於該pd_pk與pd_vl值之一平均來計算一中點臨限值pd_th_mid。該臨限值產生電路504基於該中點臨限值pd_th_mid提供該臨限值pd_th。

該臨界值產生電路504可進一步適於更新該pd_pk與pd_vl水平的值以回應該pd_gain值的改變。若該pd_gain值增加一步階，則該pd_pk與pd_vl值增加一因數，該因數等於該光偵測信號路徑中之預期增益增加。若該pd_gain值減少一步階，則該pd_pk與pd_vl值減少一因數，該因數等於該光偵測信號路徑中之預期增益減少。以此方式，該波峰偵測器與波谷偵測器的狀態(如分別在該pd_pk與pd_vl值中所保存者)，及該臨限值pd_th(如計算自該pd_pk與pd_vl值)係經更新以符合信號路徑增益的改變，從而避免僅由該光偵測信號路徑增益中之有意改變所造成的不連續性或其他狀態或值的改變。

在臨限值產生電路504之一進一步的實施例中，該臨限值計算電路可進一步經組態以基於該pd_pk值之一比例或百分率計算一臨限值pd_th_pk。在一較佳實施例中，該pd_th_pk可有利地經組態為該pd_pk值的八分之七，計算可由相關領域中眾所周知之一簡單的右位移三位元與一減法來實施。該臨界值計算電路可選擇該臨界值pd_th比pd_th_mid與pd_th_pk更低。以此方式，即使在恆定光長期入射在該光二極體上(其可導致該pd_pk與pd_vl值相等)後，該pd_th值將永遠不會等於該pd_pk值。應當了解該pd_th_pk值確保長間隔後之一眨眼的 偵測。該臨限值產生電路的行為係進一步繪示於圖9，如後續所討論者。

圖6繪示數位偵測邏輯600之方塊圖，其可用來實施根據本發明之一實施例之一數位眨眼偵測演算法。數位偵測邏輯600可包含一移位暫存器602，其調適以接收來自該光偵測信號路徑pd_rx_top(圖4)或來自該數位調節邏輯(圖5)的資料，如此處在該信號pd_data(其具有一個位元值)上所繪示者。移位暫存器602保存接收到的樣本值之一歷史記錄，此處係在一24位元暫存器中。數位偵測邏輯600進一步包含一比較方塊604，其經調以適於基於操作狀態(若有必要)接收該樣本歷史記錄以及一或多個眨眼樣板bl_tpl與眨眼遮罩bl_mask，且係經組態以指示該一或多個樣板與遮罩於可保存以供稍後使用的一或多個輸出信號上的符合。在至少一實施例中，該操作狀態判定比較方塊604欲使用該組樣板bl_tpl與眨眼遮罩bl_mask。在至少一組樣板bl_tpl中，有至少一代表配戴者入睡的睡眠樣板。在一替代實施例中，數位偵測邏輯600包含一比較方塊604，其經調適以含有一或多個睡眠樣板，且係經組態以指示該一或多個樣板與遮罩於可保存以供稍後使用的一或多個輸出信號上的符合。在此一類替代實施例中，該鏡片不具有睡著操作狀態及醒著操作狀態。

該比較區塊604之輸出係經一D正反器606閂鎖。數位偵測邏輯600可進一步包含一計數器608或其他邏輯，以抑制歸因於遮蔽操作之可能在以小移位設定之相同的樣本歷史記錄上的連續比較。在一較佳實施例中，在發現正符合後會清除或重置該樣本歷史記錄，因此在能夠識別一後續符合前需要一完整、全新符合的眨眼序列被取樣。數位偵測邏輯600仍可進一步 包含一狀態機或類似的控制電路系統，以提供該控制信號給該光偵測信號路徑與該ADC。在一些實施例中，該控制信號可藉由一與數位偵測邏輯600分開的控制狀態機產生。此控制狀態機可為數位信號處理與系統控制器410的一部分。

圖7繪示控制信號的時序圖，該等控制信號係由一眨眼偵測子系統提供給一在光偵測信號路徑中使用的ADC 408(圖4)。該等致能及時鐘信號adc_en、adc_rst_n及adc_clk係在一樣本序列開始時啟動並持續直到該類比數位轉換程序完成。在一實施例中，當在該adc_start信號上提供一脈衝時，即開始該ADC轉換程序。該ADC輸出值係保存在一adc_data信號中，且該程序的完成係由一adc_complete信號上之類比數位轉換器邏輯所指示。同樣於圖7中繪示的是該pd_gain信號，其係用來設定該ADC前之放大器的增益。此信號係顯示為在暖機時間前被設定，以允許該類比電路偏壓及信號位準在轉換前穩定。

圖8A繪示一數位系統控制器800，其包含一數位眨眼偵測子系統dig_blink 802。數位眨眼偵測子系統dig_blink802可由一主狀態機dig_master 804控制，並可經調適以自數位系統控制器800外部之一時鐘產生器clkgen 806接收時鐘信號。數位眨眼偵測子系統dig_blink 802可經調適以提供控制信號至如上述之一光偵測子系統並自該光偵測子系統接收信號。數位眨眼偵測子系統dig_blink 802除一狀態機之外可包含如上述之數位調節邏輯及數位偵測邏輯，以控制一眨眼偵測演算法中的操作序列。該數位眨眼偵測子系統dig_blink 802可適於自該主狀態機804接收一致能訊號並提供一完畢或完成指示與一眨眼偵測指示返回該主狀態機804。

在一替代實施例中，圖8B繪示一數位系統控制器850，其包含一數位睡眠偵測子系統dig_sleep 852。數位睡眠偵測子系統dig_sleep 852可由一主狀態機dig_master 854控制，並可經調適以自數位系統控制器850外部之一時鐘產生器clkgen 856接收時鐘信號。數位睡眠偵測子系統dig_sleep 852可經調適以提供控制信號至如上述之一光偵測子系統並自該光偵測子系統接收信號。數位睡眠偵測子系統dig_sleep 852除一狀態機之外可包含如上述之數位調節邏輯及數位偵測邏輯，以控制一睡眠偵測演算法中的操作序列。數位睡眠偵測子系統dig_sleep 852可經調適以自該主狀態機854接收一致能信號，並提供一完成或完結指示與一睡眠偵測指示返回給主狀態機854。

在針對圖8A與圖8B所繪示之實施例的任一者之一替代實施例中，一計時器(time clock)係連接至時鐘產生器806，以追蹤自該鏡片開始操作以來的時間，並提供一時間戳記信號給該警示機制，在一實施例中，其中該警示機制記錄關於配戴者之睡眠起始與終止的資料，使得當使用例如至少一電子通訊組件從該鏡片傳輸(或傳送)資料至一外部裝置時，該外部裝置能夠基於來自該鏡片的時間戳記、以及當傳輸資料時在該外部裝置上的當前時間(與已登錄的時間戳記相比)藉由反向推算當日時間來判定配戴者在配戴該鏡片的什麼時間時期睡著。

圖9A至圖9G提供波形以說明該臨限值產生電路與自動增益控制的操作(圖5)。圖9A繪示如可由回應不同光位準之一光二極體所提供之光電流對時間之一實例。在該圖的第一部份，該光值及生成的光電流與該圖的第二部份比較相對較低。在該圖的第一部份與第二部份兩者皆可看出雙重眨眼降低該光及光電流。注意眼瞼造成光的減弱可能不是一百(100)百分比，但依 據針對入射在眼睛上的光的波長之眼瞼透射性質而為一較低的值。圖9B繪示該adc_data_held值，其係回應圖9A之光電流波形而擷取。為了簡明起見，該adc_data_held值係繪示為一連續類比信號而非一系列離散數位樣本。應當理解這些數位樣本值將對應於圖9B中所繪示之在相對應樣本時間的位準。在圖的上方及底部的虛線代表該adc_data與adc_data_held訊號的最大及最小值。介於該最小與最大值之間值的範圍亦稱為該adc_data訊號的動態範圍。如下方所討論，該光偵測訊號路徑增益與該圖的第二部份不同(較低)。一般而言，該adc_data_held值係直接與該光電流成比例，且該增益改變僅影響該配量或比例常數。圖9C繪示由該臨限值產生電路回應該adc_data_held值所計算的該pd_pk、pd_vl及pd_th_mid值。圖9D繪示回應該臨限值產生電路的一些實施例中之adc_data_held值所計算的該pd_pk、pd_vl及pd_th_pk值。注意該pd_th_pk值總是比例於該pd_pk值。圖9E繪示該adc_data_held值與該pd_th_mid及pd_th_pk值。注意在該adc_data_held值係相對恆定的長時間期間，當該pd_vl值衰變至相同位準時，該pd_th_mid值變得等於該adc_data_held值。該pd_th_pk值一直維持有些低於該adc_data_held值。亦繪示於圖9E中的是pd_th的選擇，其中該pd_th值係選擇為pd_th_pk與pd_th_mid中較低者。以此方式，該臨限值係一直設定在遠離pd_pk值一些距離處，避免該光電流及adc_data_held信號上的雜訊造成pd_data上的錯誤轉變。圖9F繪示藉由該adc_data_held值與該pd_th值的比較產生的該pd_data值。注意該pd_data訊號為二值的訊號，其在眨眼發生時為低。圖9G繪示針對這些實例波形之一tia_gain的值對時間。當該pd_th開始超過如圖9E中agc_pk_th所示的高臨限值 時，tia_gain的值係設定為較低。應當理解當pd_th開始落到低於一低臨限值時，相似的行為會發生以提高tia_gain。再次參見圖9A至圖9E各圖的第二部分，較低tia_gain的效應是清楚的。特別注意該adc_data_held值係維持在靠近該adc_data及adc_data_held信號之動態範圍的中間。進一步地，重要的是要注意，該pd_pk與pd_vl值係根據如上述之增益改變而更新，使得純粹由於該光偵測信號路徑增益的改變之該波峰與波谷偵測器狀態與值的不連續得以避免。

圖10繪示一積體電路晶粒1000上的光阻擋及光通過特徵。該積體電路晶片1000包含一光通過區1002、一光阻擋區1004、焊墊1006、鈍化開口1008及光阻擋層開口1010。該光通過區1002係位於該光感測器之上(未繪出)，例如實施於該半導體製程中的光二極體陣列。在至少一實施例中，光通過區1002允許儘可能多的光到達該光感測器從而最大化靈敏度。此可經由移除多晶矽、金屬、氧化物、氮化物、聚醯亞胺、及其他光接收器上的層而完成，如用於製造的半導體製程中或後處理中所允許的。光通過區1002亦可接受其他特殊處理以最佳化光偵測，例如抗反射塗層、濾器、及/或漫射器。光阻擋區1004可覆蓋該晶粒上其他不需光曝照的電路系統。其他電路系統的性能可能會因光電流而劣化，例如用於併入隱形眼鏡所需的超低電流電路中的移位偏壓與振盪器頻率，如上所述。光阻擋區1004優先以一薄、不透明的反射材料形成，例如，已用於半導體晶圓處理及後處理的鋁或銅。若以金屬實施，形成該光阻擋區1004的材料必須與下方的電路以及焊墊1006絕緣以避免短路的狀況。此類絕緣可由已存在於晶粒上作為正規晶圓鈍化之一部分的鈍化來提供，例如，氧化物、氮化物、及/或聚醯亞胺，或者搭配在後處 理期間所加入之其他介電質來提供。遮罩允許光阻擋層開口1010，使得導電光阻擋金屬不會與晶粒上的接合墊重疊。光阻擋區1004係以額外的介電質或鈍化覆蓋，以在晶粒貼附期間保護晶粒及避免短路。此最終鈍化具有鈍化開口1008以允許連接至該焊墊1006。

圖11繪示一根據本實施例(發明)之具有一電子插入件的隱形眼鏡，該電子插入件包含一眨眼偵測系統。該隱形眼鏡1100包含一軟塑料部分1102，其包含一電子插入件1104。此插入件1104包含一鏡片1106，其係由電子元件啟動，例如(取決於啟動)聚焦近處或遠處。積體電路1108安裝於該插入件1104上並連接至電池1110、鏡片1106及其他該系統必須的組件。積體電路1108包括一光感測器1112及相關聯的光偵測器信號路徑電路。光感測器1112透過該鏡片插入件面朝外並遠離眼睛，且因此能夠接收環境光。光感測器1112可實施於積體電路1108(如所示)上，例如，作為一單一光二極體或一光二極體陣列。光感測器1112亦可實施為一分離裝置，其係安裝在插入件1104上並與佈線跡線1114連接。當眼瞼閉上時，包含光偵測器1112的鏡片插入件1104被覆蓋，因而降低入射於該光偵測器1112上的光值。該光偵測器1112能夠測量環境光以測定該使用者是否眨眼。基於此揭露，所屬技術領域中具有通常知識者須了解可由此揭露中所討論的其他感測器置換或提升光偵測器112。

該眨眼偵測演算法的另外實施例可允許該眨眼序列的持續時間及間隔有更多變異，例如，藉由基於一第一眨眼之經測量的結束時間而非使用一固定樣板或藉由擴大該遮罩「不關心」(don't care)間隔(0值)來計時一第二眨眼的開始。

應當理解該眨眼偵測演算法及/或睡眠偵測演算法可以數位邏輯或以在一微控制器上運行之一軟體實施。該演算法邏輯或微控制器可以一單一特定應用積體電路(ASIC)實施，並且搭配光偵測信號路徑電路系統與一系統控制器，或其可經分割跨多於一個的積體電路。

根據另一實施例，一經供電或電子眼用鏡片可合併一眼瞼或瞼位置感測器。眼瞼有多種方式來保護眼球係為已知，包含眨眼反射及眼淚散佈作用。眼瞼的眨眼反射藉由當眼睛感受威脅時快速閉上以避免對眼球的創傷。眨眼亦散佈眼淚於眼球的表面上以保持眼球溼潤並沖走細菌及其他外來物。但除了被用來在一個體(或配戴者)配戴一電子眼用鏡片時警示及/或追蹤他或她係處於入睡的危險之外，眼瞼的移動在玩耍時亦可指示其他動作或功能。同樣重要的是要注意所感測到的資料(補充或替代使用)可僅用作一收集程序的一部分而非用作一觸發事件。例如，所感測的資料可經收集、登錄、及使用在治療醫療狀況或記錄睡眠量。換言之，亦應可理解使用此一感測器的裝置可能不會以使用者可見的方式改變狀態；而是該裝置可僅登錄資料。例如，此一類感測器可用來判定一使用者是否在輪班期間入睡。

現參照圖12A，所繪示者係一眼睛1200上之一瞼位置感測器系統。該系統係併入一隱形眼鏡1202。顯示該上眼瞼及下眼瞼，及該上眼瞼可能的位置1201、1203以及1205(依閉上程度的順序)。該下眼瞼亦以相對該上眼瞼的閉上程度說明；即位置1207、1209及1205。當該眼瞼閉上時，其所在位置相同；即1205。根據該實施例的隱形眼鏡1202包含一感測器陣列1204。此感測器陣列1204包含一或多個光感測器。在此實施例中，該感測器陣列1204包含十二(12)個光感測器1206a至 1206l。當上眼瞼在位置1201且下眼瞼在位置1207，曝露所有裝感測器1206a-1206l並接收環境光，因而產生一光電流，其可被本文所述的電子電路所偵測。隨著眼瞼部份閉上至位置1203與1209，該上與下光感測器1206a與1206b係被覆蓋，接收的光少於其他光感測器1206c-1206l，並輸出一相對應較低的電流，其可被該電子電路所偵測。當眼瞼完全閉上在位置1205，所有感測器1206a-1206l被覆蓋而電流相對應的降低。此系統可用來偵測瞼位置，其係藉由取樣該感測器陣列中的各光感測器並使用該光電流輸出對感測器位置以判定瞼位置，例如，若上部及下部眼瞼在眨眼後未完全睜開，則指示可能的睡眠肇始或疲勞。應當理解該光感測器應被置於隱形眼鏡上適當的位置，例如提供足夠的樣本位置以可靠地測定眼瞼位置，而不阻礙清晰的光學區(大約是瞳孔放大所佔的區域)。此系統亦可用來藉由在時間內例行地取樣該等感測器並比較測量值來偵測眨眼。在一替代實施例中，一感測器陣列1204’之光感測器1206a’至1206l’形成一環繞瞳孔的弓形圖案，同時如例如圖12B中所繪示般地彼此垂直地隔開。在所繪示的實施例的任一者中，所屬技術領域中具有通常知識者須了解該感測器陣列中可使用除了12以外的數量。進一步的實例包括在3至15之範圍內的數量(在至少一實施例中包括端點)，且更具體地，包括在4至8之範圍內的數量(在至少一實施例中包括端點)。

圖13繪示一系統，其中兩眼1300係至少部分地以隱形眼鏡1302覆蓋。感測器陣列1304係存在於兩個隱形眼鏡1302中以判定瞼位置，如先前參照圖12A所述者。在此實施例中，隱形眼鏡1302各包含一電子通訊組件1306。各隱形眼鏡1302中的電子通訊組件1306允許該隱形眼鏡1302之間雙向通 訊的發生。該電子通訊組件1306可包含射頻(RF)收發器、天線、用於光感測器1308的界面電路系統及相關或相似的電子組件。由線1310所代表的該通訊頻道可包含在適當的頻率與功率下，具有適當的資料協定的RF傳輸，以允許該隱形眼鏡1302之間有效的通訊。例如，兩個隱形眼鏡1302之間資料的傳輸可驗證兩個眼瞼已閉上以偵測一真實、有目的性的眨眼而非眨眼示意或非自主性眨眼。該傳輸亦可使系統測定兩個眼瞼是否已相同程度關閉，例如，其相關於使用者近距離閱讀。資料傳輸亦可發生於一外部裝置，例如，鏡框型眼鏡(spectacle glasses)、使用者太陽穴上配戴之一貼片、或一智慧型手機(或其他基於處理器之系統)。在至少一實例中，配戴者所配戴之一貼片包括一傳感器，其係藉由該警示機制來啟動以警示配戴者他們是否入睡。在至少一實施例中，該等電子通訊組件容許將所登錄的睡眠資料傳輸至智慧型手機(或其他外部裝置)。就此，在至少一替代實施例中，電子通訊組件1306可僅存在一個鏡片上。在一替代實施例中，存在於個體所配戴之智慧型手機(或其他具有傳輸能力之配備加速計的裝置)中之一加速計提供移動資料以使用於交叉檢查一睡眠判定，例如，缺乏一般移動指示睡眠的可能性，或係指示個體靜止的資料。

圖14A及圖14B繪示一電子系統1400，如上文所提及，其中瞼位置光感測器係用來觸發一隱形眼鏡1402(或更具體地，一經供電或電子眼用鏡片)中的活動。圖14A顯示鏡片1402上的電子系統1400，而圖14B係系統1400的分解圖。光1401係入射至一或多個光感測器1404上，如先前參照圖12所述者。該些光感測器1404可以光二極體、硫化鎘(CdS)感測器或其他適合轉換環境光為電流的技術來實施。依據光感測器1404的 選擇，放大器1406或其他適合的電路系統可需要調節該等輸出訊號以供後續或下游電路使用。一多工器1408允許一單一類比數位轉換器(或ADC)1410接受來自多個光感測器1404的輸入。該多工器1408可被置於緊接該光感測器1404之後，該放大器1406之前，或可能依據電流消耗、晶片大小及設計複雜度的考量不被使用。由於在眼睛的不同位置上需要多個光感測器1404以偵測眼瞼位置，分享下游處理組件(例如放大器、類比數位轉換器及數位簽名處理器)可能顯著降低該電子電路系統所需的大小。放大器1406產生一與該輸入成比例、具有增益的輸出，且可作用如轉阻放大器，其將輸入電流轉換成輸出電壓。放大器1406可放大一信號至該系統其餘部分可用的位準，例如，給予該信號足夠的電壓及功率以由ADC 1410獲取。例如，放大器1406對驅動後續方塊可為必要的，因為光感測器1404的輸出可相當小且可在弱光環境中使用。放大器1406亦可實施為可變增益放大器，其增益可由一系統控制器1412調整以最大化系統1400的動態範圍。除了提供增益之外，放大器1406可包括其他類比信號調節電路系統，例如，適合光感測器1404與放大器1406輸出的過濾及其他電路系統。放大器1406可包含任何適合的裝置，以用於放大及調節光感測器1404的信號輸出。例如，放大器1404可僅包含一單一運算放大器或一包含一或多個運算放大器之更複雜的電路。

如上文所提及的，光感測器1404與放大器1406係經組態以偵測在眼睛上之不同位置的入射光1401，並將該輸入電流轉換成系統控制器1412最終可使用之一數位信號。系統控制器1412係較佳地經預程式化以取樣眼睛上的各光感測器1404以偵測瞼位置，並提供一適當的輸出信號至一警示機制1414。系 統控制器1412亦包含相關聯記憶體。該系統控制器1412可結合該光感測器1404最近的樣本，以預程式化與瞼開與瞇眼位置相關的模式。例如，當該模式符合與疲勞相關聯之兩眼瞼部分閉合的模式時，系統控制器1412可觸發警示機制1414以警示配戴者及/或登錄資料。在各種環境光及焦距的狀況下紀錄使用者的眼瞼模式可能為程式化該系統控制器1412以供可靠的偵測所需。該系統1400可能需要區分眼瞼位置之間的改變，環境光、陰影及其他情況下正常的改變。此區分可透過取樣頻率、放大器增益及其他系統參數的正確選擇、隱形眼鏡中感測器位置的最佳化、瞼位置模式的測定、紀錄環境光、將每個光感測器與相鄰及所有光感測器比較以及其他的技術來完成對於瞼位置獨特地辨別。

在此實施例中，ADC 1410可用來透過該多工器將來自放大器1406之一連續、類比信號輸出轉換成一適於進一步信號處理之經取樣的數位信號。例如，ADC 1410可將來自放大器1406之一類比信號輸出轉換成後續或下游電路(例如，一數位信號處理系統或微處理器1416)可用之一數位信號。一數位信號處理系統或數位信號處理器1416可用於數位信號處理，包括過濾、處理、偵測、及以其他方式操縱/處理經取樣資料的一或多者，以允許入射光偵測供下游使用。該數位訊號處理器1416可預程式化各種瞼模式。在至少一實施例中，數位信號處理器1416亦包含相關聯記憶體。該數位訊號處理器1416可利用類比電路系統、數位電路系統、軟體或較佳為其組合而實施。伴隨相關的放大器1406與數位訊號處理器1416的該ADC 1410係以與前述取樣速率一致的適合速率啟動，例如每100毫秒。

一電源1418供應電力給多種包含該瞼位置感測器系統1400的組件。該電源1418亦可被用於供應電力至該隱形眼 鏡上其他裝置。該電力可由一電池、能源擷取器、或其他適合手段供應，如所屬技術領域中具有通常知識者所知。基本上，任何類型的電源1418均可用來提供可靠電力予該系統的所有其他組件。一處理類比至數位的瞼位置感測器陣列模式可使該系統控制器1412或該系統控制器1412的一部分的能夠啟動。此外，系統控制器1412可依據來自數位信號處理器1408的輸入控制一經供電隱形眼鏡的其他態樣，例如，啟動警示機制1414。

現參照圖15，所繪示者係用於位在該隱形眼鏡上之三個不同垂直位置的光感測器之一輸出特性。該等輸出特性可代表與各光感測器上之入射光成比例的電流或者可代表一下游信號，例如，在該ADC(圖14B中的元件1410)之輸出處的數位經取樣資料值對時間。例如，當由一暗室走向一明亮門廳，接著回到暗室時，總入射光1502增加，維持穩定，然後下降。若眼瞼仍然保持睜開，全部三個光感測器1504、1506、及1508將輸出一類似於環境光的信號，由光感測器1504與1508的虛線1501與1503所繪示。除了環境光位準1502改變之外，眼瞼的部分閉合係由位置1510所指示，與眼瞼張開位置1512與1514不同。當瞼部分閉合時，上部光感測器1504變成由上部眼瞼所覆蓋，並由於光感測器受眼瞼阻擋而輸出一相對應之較低的位準。儘管環境光1502增加，光感測器1504接收較少的光，並因眼瞼部份閉上而輸出一較低的訊號。光感測器1508在變成受覆蓋時會觀察到類似反應。中部感測器1506在瞇眼期間未被覆蓋，而因此可繼續觀察到光值增加，與一相應的輸出值增加。雖然此實例說明一特定情況，各種感測器位置的配置以及眼瞼動作如何被偵測應為顯而易知。

圖16A及圖16B繪示一併入至一隱形眼鏡1602中之替代偵測系統1600。再一次，圖16A顯示鏡片1602上的系統1600，而圖16B係顯示系統1600的分解圖。在此實施例中，使用電容式觸控感測器1604取代光感測器。電容式觸控感測器常見於電子產業，例如在觸控螢幕顯示器。其基本原理為一可變電容器1604係以物理方式實施使得電容在靠近或接觸時改變，例如，透過實施一由介電質覆蓋的柵極。感測器調節器1606產生一比例於該電容的輸出訊號，例如，透過測量包含該可變電容器的振盪器中的改變，或藉由感測該可變電容器與具有固定頻率AC訊號的固定電容器之比例。該感測器調節器1606的輸出可與一多工器1608結合以減少下游電路系統。在此實施例中，為了簡化而省略參照圖14之上述必要的信號調節電路系統。系統控制器1610經由該多工器1608接收來自該電容感測器調節器1606的輸入，例如，透過依序啟動各個感測器並紀錄該值。接著可將測得的值與預程式化的模式及歷史樣本比較以測定瞼位置。接著其可啟動一警示機制1612中之一功能，例如，使一可變焦鏡片改變為一更近的焦距。該電容器觸控感測器1604可以類似前述光偵測器的物理模式規劃，但可最佳化以偵測瞼位置電容的變化。該感測器以至於整個電子系統將被封裝並與隱形眼鏡含鹽環境隔離。當眼瞼覆蓋一感測器1604，電容的變化將被偵測而非前述環境光的變化。在至少一實施例中，圖16B亦繪示包括一電源1614。

重要的是要注意，若有需要，可根據該等電容式觸控感測器使用ADC與數位信號處理電路系統，如參照圖14B之光感測器所繪示者。在一替代實施例中，該等電容式觸控感測 器係任何壓力感測器。在一進一步的實施例中，在鏡片上有光感測器及壓力感測器之一組合。

在一實施例中，該等電子元件及電子互連係製作在一隱形眼鏡的周圍區而非光學區中。根據一替代實施例，重要的是要注意，該等電子元件的定位不必受限於隱形眼鏡的周圍區。本文所述的所有電子組件均可利用薄膜技術及/或透明材料加工製成。如果利用這些技術，則該等電子組件可置於任何適合的位置，只要它們與光學器件相容即可。

圖17A至圖17D繪示一替代實施例，其中該瞼位置感測器系統係一感測器，其具有一覆蓋複數個沿著隱形眼鏡1702之垂直點的條帶，該感測器與電路1700協同運作。可具有一條帶組態之一感測器的一個實例係一電容感測器。圖17A繪示一實例，其中條帶1708在隱形眼鏡1702上係實質上筆直的。雖然條帶1708係繪示如經定向為平行於一等分隱形眼鏡1702的線，其可具有一相對於該等分線之成角度的定向或具有一弓形形狀。圖17B繪示一實例，其中條帶1708a沿著隱形眼鏡1702採取一蛇形路徑。在圖17C所繪示的實施例中，條帶1708b之蛇形組態將增加電路1700在眼瞼接近一閉合狀態時所偵測到的電容變化。電容變化的位準將轉譯為眼瞼閉合的量。可具有一條帶組態之一感測器的另一個實例係一壓電壓力傳感器，其具有一振膜及一具有一條帶組態之基座。隨著眼瞼閉合，眼瞼將對該壓電壓力傳感器施加額外的壓力，從而允許判定眼瞼閉合位準的能力。沿著該垂直軸的連續感測在複數個感測器上提供一改善的精細度，從而提供眼瞼位置之改善的測量。圖17D繪示一電路，其可協同條帶感測器1708、1708a、1708b使用，並包括一系統控制器1710、一警示機制1712、及一電源1714。在一進一步的替代 實施例中，有多個條帶存在。一成角度及/或蛇形條帶組態之一優點在於即使錯誤地定向該隱形眼鏡仍可進行瞼位置偵測。

該數位信號處理方塊及系統控制器(分別為圖14B中的1416及1412、圖16B中的系統控制器1610、以及圖17D中的系統控制器1710)的活動取決於可用的感測器輸入、環境、以及使用者反應。該等輸入、反應、及決策臨限值可由眼科研究、預程式化、訓練、及適應性/學習演算法的一或多者來判定。例如，眼瞼動作的一般特性可能詳細記載於文獻中、適用於廣泛的使用族群以及預程式化於系統控制器中。然而，一個體對於一般預期反應之偏差及/或眨眼頻率的變化可記錄於一訓練期間或為一適應性/學習演算法的一部分，其持續改良電子眼用裝置之操作中的反應。在一實施例中，使用者可在需要近距離聚焦時藉由啟動一與該裝置通訊之手持式錶鏈來訓練該裝置。該裝置中之一學習演算法可接著參考記憶體中在該錶鏈信號之前或之後的感測器輸入，以改良內部決策演算法。此訓練期間可持續一天，之後該裝置可僅由感測器輸入自主操作而不需錶鏈。

圖18A及圖18B為一瞳孔位置及會聚偵測系統1800之圖示，該系統係用於控制一經供電眼用鏡片之一或多個態樣。感測器1802會偵測瞳孔(或更一般而言即眼睛)之移動及/或位置。該感測器1802可實施為一位於一隱形眼鏡1801上之多軸加速計。由於該隱形眼鏡1801係附著於眼睛上並通常會隨眼睛移動，該隱形眼鏡1801上之加速計可追蹤眼睛的移動。重要的是要注意，任何合適裝置皆可用作感測器1802，且可使用超過一個單一感測器1802。該感測器1802之輸出係由訊號處理器1804所蒐集、取樣及調節。信號處理器1804可包括任何數量的裝置，包括一放大器、一轉阻放大器、一類比數位轉換器、一濾 器、一數位信號處理器、及相關電路系統，以接收來自感測器1802之資料並產生合適格式之輸出以用於系統1800之組件其餘部分。信號處理器1804可利用類比電路系統、數位電路系統、軟體、及/或其一組合來實施。在至少一實施例中，信號處理器1804係與感測器1802共同設計，例如用於蒐集及調節一加速計之電路系統係不同於用於一肌肉活動感測器或光學瞳孔追蹤器之電路系統。在至少一實施例中，信號處理器1804之輸出係一經取樣之數位串流，並可包括絕對或相對位置、移動、偵測到與會聚一致之凝視、或其他資料。系統控制器1806接收來自信號處理器1804之輸入，並使用此資訊搭配其他輸入來判定配戴者是否睡著。系統控制器1806可同時觸發感測器1802與該訊號處理器1804之活動，同時接收來自它們的輸出。當未偵測到眼睛移動時，系統控制器1806使用來自信號處理器1804及/或收發器1810的輸入資料以基於感測器1802之基於X、Y、及Z軸之定向的定向決定配戴者是否躺下。若該等軸係如圖18C中所繪示者，則當該加速計偵測到在X軸中於任一方向或在Z軸中於任一方向的穩定加速時，則該配戴者的頭具有一水平定向。當該加速計偵測到在Y軸中於負方向的穩定加速時，則該配戴者的頭係垂直的。當該加速計在X軸中具有或不具有一穩定加速的情況下偵測到在Y及Z軸中之穩定加速時，則該配戴者的頭係向前傾斜。

圖18A及圖18B繪示一可選的收發器1810，其透過天線1812接收及/或傳輸通訊。此通訊可來自一相鄰隱形眼鏡、外戴式眼鏡或其他裝置。該收發器1810可配置用於與該系統控制器1806進行雙向通訊。收發器1810可含有收發器中常見之濾波、放大、偵測及處理電路系統。收發器1810之具體細節係經定製以用於一電子或經供電隱形眼鏡，例如該通訊可以合適 的頻率、振幅、及格式進行以在兩眼間進行可靠之通訊、具有低電力消耗、及符合法規要求。收發器1810與天線1812可在射頻(RF)頻帶中作業，例如2.4GHz，或者可使用光以進行通訊。接收自收發器1810之資訊係輸入至系統控制器1806，例如來自一相鄰鏡片且指示定向之資訊。系統控制器1806亦可將來自例如警示機制1808的資料傳輸至收發器1810，該收發器接著經由天線1812在該通訊鏈路上傳輸資料。

該系統控制器1806可實施為一狀態機，該狀態機係位於一現場可程式化閘陣列(field-programmable gate array)、位於一微控制器中或位於任何其他合適裝置中。用於該系統1800及本說明書中所述之組件的電力係由一電源1814提供，該電源可包括一電池、能量擷取器或如該項技術領域中具有通常知識者所習知的類似裝置。該電源1814亦可用來供應電力至該隱形眼鏡1801上之其他裝置。

在至少一實施例中，瞳孔位置偵測系統1800係經結合及/或以其他方式封裝，並與含鹽隱形眼鏡1801環境隔離。

在至少一實施例中，該鏡片包括一感測器以偵測從一鏡片儲存盒移除及將該鏡片插入配戴者眼睛的至少一者。將提供偵測之感測器的實例包括，但不限於一壓力感測器、一簧片開關、一鹽分感測器、一生物感測器、及一電容式感測器。在至少一實施例中，這些感測器與該光感測器協同運作，以偵測從該儲存容器移除該鏡片後發生的光的存在。在針對感測器實施例之一進一步的實施例中，用來監控該感測器的取樣速率可在偵測到被監控的事件後減緩以保存電力同時容許偵測鏡片自眼睛移除。在針對先前實施例之一替代實施例中，一旦偵測到將鏡片放置在眼睛上便會停用該感測器。

壓力感測器可採取各種形式。一個實例係一後向式壓力感測器，其係透過一類比數位轉換器連接至該系統控制器。在至少一實施例中，該後向式壓力感測器係部分封裝在該鏡片中，而該類比數位轉換器係完全封裝在該鏡片中且係被包括作為該鏡片中存在之任一電路板的一部分。一旦接收到超過一插入臨限值之來自該壓力感測器之一信號(指示該系統控制器應開始資料收集)，該系統控制器便重置該累加器。該系統控制器傳送一信號至該資料管理器(在至少一實施例中，其可為該警示機制)，以在來自該壓力感測器之該信號接著下降至低於該插入臨限值(指示已移除該鏡片且進一步的資料收集非必要)時儲存當前的累加器值。該系統控制器僅在偵測到眼瞼睜開時以一預定時程取樣該壓力感測器。一壓力感測器之另一實例係一壓力感測器，其將偵測壓力自存在於該儲存容器中的鹽水移除，且將提供一啟動該鏡片之其他功能的信號。一壓力感測器之一進一步實例係一具有數位間傳感器(IDT)之表面聲波共振器。一更進一步的實例係一二進制觸壓感測器(binary contact pressure sensor)，其偵測壓力或無壓力，但非偵測壓力位準。

一簧片開關的一個實例完成該鏡片中之一電路，其藉由一旦插入鏡片便由配戴者的眼睛施加壓力、或藉由當從儲存容器移除鏡片以供使用時之壓力的移除來提供電力給其餘的電路元件。一旦發生各別事件，該簧片開關便會合上並完成該電路，以提供該系統控制器與該電力供應間之一電氣連接。相對於完成一電路，一簧片開關用途的另一實例係一旦啟動開關便提供一二進制輸出，其中該二進制輸出提供一閉合(或斷開，取決於該開關的定向)該開關的指示。

在至少一實施例中，一鹽分感測器或生物感測器將偵測淚液中存在之鹽分或另一化學品。可受監控之物質的實例包括，但不限於一病原體、一生物標記、一活性劑、及一化學品。一生物感測器的一個實例係一電阻標籤(resistance tab)，其係與該系統控制器電氣連通，且能夠與該受監控的物質鍵聯(binding)，隨著該物質存在的量增加而得到一漸增的電阻。另一個實例係一(或多個)反應管，其(等)含有可與一特定分子起反應之一物質、材料、或混合物，其中一反應將指示一受監控之化學品的存在。又另一個實例係一生物感測器，其中一表面係經官能基化以具有針對一特定物質的親和性(affinity)，且該感測器之一電氣性質(例如，電容或電壓)回應該感測器對其官能基化之該物質的存在而改變。在受監控之一化學品係關於淚液中某一物質的濃度相關之至少一實施例中，可直接與該物質發生反應或可與可指示該受監控物質的濃度之一分離物質發生反應。在其他實例中，由於其他電活性生物組分可影響一特定管內的導電率，該管可內襯以或包括一選擇性屏障而使非該受監控物質之其他物質的干擾降到最小。替代回應該受監控物質之存在而具有一漸增導電率之一管，該管可取而代之地在該受監控物質存在時具有一漸增的電阻率。一進一步的實例將具有中空管，其包括選擇性可滲透的材料、或吸引一特定物質或化學品的材料。在任何這些實例中，可能可行的是除了一二進制輸出外提供該物質位準之一刻度指示。

該電容式感測器可為後向式或前向式。在至少一實施例中，該感測器將係一後向式感測器以容許與配戴者眼睛的接觸。在一進一步的實施例中，一旦接觸導致電容變化至高於一插入臨限值(指示已插入鏡片)，便停用該感測器或使其取樣速 率降低。然而，若該感測器係前向式，則會使電容改變為高於該插入臨限值之眼瞼的一者的接觸將確認鏡片的插入。在一進一步的實施例中，該前向電容式感測器亦將用於偵測眼瞼位置。

在可包括多個感測器之複雜的系統(例如，包含若干電子組件之經供電眼用鏡片)中，較佳的是在採取動作時減低起始誤動作(false action)或誤判觸發(false positive triggering)的可能性。根據另一替代實施例，此實施例係關於一決策程序及/或投票方案，其利用來自多個感測器的輸入以實質上減低基於不準確、不完整、或錯誤的資訊、變化的生理狀況、以及來自內部或外部源之雜訊及/或干擾而改變該經供電眼用鏡片之狀態的可能性。例如，在眨眼偵測中，該控制系統不應基於歸因於眼睛刺激或其類似情況之一隨機眨眼模式而判定睡眠肇始。然而，使用來自一單一感測器的輸入或來自該單一感測器或其他感測器的錯誤資訊，該系統控制器可能作出錯誤的決策。例如，在不知道施加至鏡片的壓力的情況下，單純地閉合眼瞼可能觸發一睡眠判定，儘管配戴者揉眼睛並施加一大於瞼壓力的壓力在一(或多個)壓力感測器上。在一包含一瞼位置感測器之經供電眼用鏡片中，眼瞼移動亦可用作一用於採取某些動作的觸發。例如，當一個體向下凝視以聚焦在一近距離物體上時，眼瞼趨向下垂且因此其可用來改變該眼用鏡片的狀態。再一次，若僅利用一單一輸入，可因人想睡且眼瞼下垂而發生一誤動作。所有這些感測器可用作由併入一電子或經供電眼用鏡片中之各種系統所實施之動作的觸發器，且其等全部可能係獨立地或以有限組合遭逢錯誤。除了意欲偵測某些直接與判定睡眠肇始相關的態樣之已提及的該等感測器之外，其他感測器可用來藉由監控周圍條件、雜訊、及干擾而改善狀態改變感測器。例如，環境光可受監控以改善眨眼偵測、瞼 位置、及瞳孔直徑感測器的準確度。此類感測器可用來提升其他感測器，例如，藉由減去共模雜訊與干擾。感測器輸入可用來記錄歷史讀數，其等接著由一複雜的決策演算法來考慮，例如，一個考慮加速計輸入及眼睛肌肉收縮兩者以判定瞳孔位置的決策演算法。利用根據本發明之投票方案可減低判定配戴者是否入睡的錯誤可能性，且亦可允許更精確的測量。換言之，對任何給定之欲採取的動作，可有感測器被用來檢查確證證據或針對由一主要感測器所判定之一給定動作來提升輸入。同樣重要的是要注意所感測到的資料(補充或替代使用)可僅用作一收集程序的一部分而非用作一觸發事件。例如，可收集、登錄所感測到的資料並將其用於治療醫療狀況。換言之，亦應可理解使用此一感測器的裝置可能不會以使用者可見的方式改變狀態；而是該裝置可僅登錄資料。

現參照圖19，所繪示者係一通用系統，其中感測器1902、1904、1906、及1908係用來判定一警示機制1912的狀態是否應改變。感測器1902、1904、1906、及1908可包含任何數量的可能輸入，包括眨眼動作、瞼位置、瞳孔位置、隱形眼鏡定向、外部鏡片壓力、及其類似者。感測器的數量及類型係由應用及使用者來判定。各感測器1902、1904、1906、及1908可具有其自有的信號調節，其係內含在該感測器方塊、一專用方塊內、或在系統控制器1910內。系統控制器1910接收來自各感測器1902、1904、1906、及1908的輸入。其接著執行常規以處理及比較該輸入資料。基於這些輸入，系統控制器1910判定警示機制1912的狀態是否應改變。例如，瞼下垂、弱環境光、及垂直鏡片定向的組合可觸發系統控制器1910判定配戴者昏睡，並傳信號給警示機制1912以警示配戴者及/或記錄資料。同樣地， 瞼閉合、用於配戴者之垂直定向、及外部瞼壓力的組合可觸發系統控制器1910判定無睡眠肇始並繼續規律操作。瞼閉合、配戴者之水平定向的組合可觸發系統控制器1910判定睡眠肇始，並傳信號給該警示機制以將資料記錄為由於配戴者的定向，睡眠有可能是有意的睡眠。來自各種感測器的輸入亦可用來變更系統控制器的組態以改善決策性能，例如，若環境光減弱，則控制器可增加一光感測器的增益。該系統控制器亦可開啟/或關閉感測器、增加及/或減少取樣速率、及對系統作出其他改變以最佳化性能。

圖20繪示一方法，一系統控制器(例如，圖19中所繪示之系統控制器1910)藉此方法操作以取樣感測器並改變致動器狀態且最終改變經供電眼用鏡片的狀態。第一步驟係取樣感測器(2002)。此可需要觸發其他元件啟動、暖機、校準、取得讀數、調節、及輸出資料。該系統控制器亦可基於經程式化的值及當前資料(例如，基於入射光之歷史記錄之一光感測器放大器的增益)提供組態資訊給各感測器，或者這些設定可由該系統中的其他元件判定。接著該方法執行過濾及額外的調節(2004)，例如，相對於類比過濾之數位過濾，伴隨與基線或參考結果的比較。此步驟的一個目的在於適當地調節用於下一步驟的輸入資料，以便可作出一準確、可重複的決策。之後由各感測器判定結果(2006)，例如，瞼位置及發射器-檢測器回應。此判定可涉及與一經預程式化或可變臨限值的比較、與一特定模式的比較、或任何其他判定。從先前步驟總合結果、加權結果、並作出決策(2008)。在至少一實施例中，此步驟可涉及每使用者(per-user)訓練及偏好、確保所有感測器在決策前已經取樣、以及施加至各感測器之結果的不同權重。在至少一實施例中，在真實環境的雜訊及干擾存在時作出可預期且可重複的決策。若所作出的決策係如 上述般地改變該警示機制的狀態，則在該警示機制執行此狀態改變(2010)。不管關於狀態改變的決策為何，返回系統進行取樣以可發生另一組測量及判定(2012)。在至少一實施例中，執行圖20中之程序所需的總時間係足夠短，以致系統對使用者輸入有所反應，類似於個體如何自然地與其環境交互作用。例如，若用來啟動一可變放大率(variable-power)焦距鏡片，該系統應在大約一(1)秒內改變焦距狀態，類似於自然調視系統(natural accommodation system)者。

在一替代實施例中，該系統進一步包括一記憶體保留控制器(memory preservation controller)，其係與該電源及該系統控制器電氣連通。該記憶體保留控制器以一預定頻率測試該電源以判定餘留的能量位準。當餘留的能量下降至低於一預定能量臨限值時，該記憶體保留控制器傳送一指令至該系統控制器，以不再取樣該感測器系統，並傳送一信號導致該警示機制記錄當前時間及/或累加器值。接著提供電力以保留存在於鏡片上之記憶體及/或資料儲存中的資料。

預定的能量臨限值係基於保留電力供應給任何記憶體或資料儲存所需的電力估計值。在一進一步的實施例中，該臨限值係基於該鏡片當前的運行時間作調整，同時仍促成用於該記憶體及/或資料儲存之一經估計的電力週期。如何隨時間調整該臨限值的一個實例係針對如該鏡片中之取樣週期所測量之一預定時間的各經過減量一暫存器。

在一進一步的實施例中，該能量位準測試係與該(等)感測器系統的取樣協力完成，以在該鏡片的最大負載下比較該電源的能量位準與該臨限值，如在一(或多個)感測器系統提供一(或多個)讀數時發生。若用於該電源的能量位準低於一 臨限值，則在下一次能量位準測試之前，一即將來臨的感測器取樣有很高的可能性會消耗該電源，使得該(等)感測器系統將提供一不正確的讀數，因為沒有足夠的電力可用及/或已儲存的資料將變成毀壞的，從而導致一不可靠的資料集。

在一經修改的替代實施例中，該記憶體保留控制器在該(等)感測器之非取樣週期期間將一人造負載置於該電源上。實例取樣時間週期包括，但不限於1分鐘、2分鐘、5分鐘、10分鐘、15分鐘、20分鐘、及30分鐘。測試電源的其他實例包括，但不限於獲得一有載電壓、引入一特殊測試波形以自電池脈衝出電流、以及測量電壓降連同與一預定臨限值比較後的結果之比較，在一進一步的實施例中，該預定臨限值可鑒於預期的餘留運行時間下調。

在一進一步的替代實施例中，該記憶體保留控制器監控該警示機制以判定餘留空間。當該餘留空間小於一自由空間臨限值，該記憶體保留控制器傳送一信號至該系統控制器以實行下列的至少一者：停止取樣該(等)感測器系統以避免產生額外資料而儲存；傳送一信號至該資料儲存以設定一記憶體滿的旗標並移位當前所儲存的資料，以使用一先進先出方式提供額外空間；以及從該系統控制器與該(等)感測器移除電力，讓電力僅供應給該資料儲存。

在針對上述實施例之一進一步的實施例中，該記憶體保留控制器係該系統控制器的一部分。

在至少一實施例中，該系統進一步包括一儲存盒。該儲存盒包括一殼體及一外蓋，其等係沿著一邊緣連接以幫助該外蓋相對於該殼體之開啟，以容許將隱形眼鏡存放至該外殼中之一凹洞中。在替代實施例中，該儲存盒可包括消毒、監控、 重新排序、及外部連通功能。該消毒功能將容許該鏡片在一延長的時間時段內由配戴者使用。

在一進一步的實施例中，該儲存盒包括一用於與經插入之鏡片交互作用的天線(例如，一RFID天線)。該儲存盒亦包括一控制器，其係與該天線及至少一記憶體電氣連通，該至少一記憶體在至少一實施例中係快閃記憶體，如一記隨身碟(memory stick)中所用者。該交互作用之實例包括無線再充電一或兩鏡片上的電源、將儲存在該(等)鏡片上的資料轉移至該儲存盒中(或與該儲存盒連通)的記憶體、以及從該儲存盒將基於配戴者特有的特性之樣板及遮罩轉移到至少一鏡片。

在至少一實施例中，該處理器係經組態以轉譯及/或格式化從該至少一鏡片接收到的資料，以基於資料轉移時間時的當前累加器讀數，如與該儲存盒上的當前時間相關聯來將時間戳記資訊改變成實際時間。在一替代實施例中，該儲存盒傳送一信號至該鏡片以將該累加器重置為零，且該處理器在記憶體中記錄將該累加器重置為零的時間。在將該鏡片重新插入該儲存盒中後，該處理器記下當前時間並判定取樣循環數。在該等取樣循環依據何者被取樣及/或自移除該(等)鏡片後之該(等)鏡片的操作狀態而具有不同長度的實施例中，該儲存盒以如該儲存盒所測量到之該(等)鏡片自該儲存盒移除與該(等)鏡片放回該儲存盒之間的時間差正規化該樣本週期。

在一進一步的實施例中，圖21中所繪示的儲存盒包括一電氣連通連接器2102，其係與一殼體(例如，先前所述之殼體及外蓋)內所含之一輻射消毒基座單元2104連通。電氣連通連接器2102可包括一通用串列匯流排(USB)連接器或其他類型的連接器。該連接器可包括一終端機，該終端機用於傳輸數據與 電力之一或二者。在一些實施例中，電氣連通連接器2102提供電力以操作輻射消毒基座單元2104。一些實施例亦可包括一或多個電池2106或其他電力儲存裝置。在一些實施例中，電池2106包括一或多個鋰離子電池或其他可充電裝置。該等電力儲存裝置可經由電氣連通連接器2102接收一充電電流。在至少一電池實施例中，輻射消毒基座單元2104經由電池2106中所儲存的電力進行操作。

在一些實施例中，電氣連通連接器2102可包括一簡單AC或DC電流源。

須了解各感測器輸入可為除了所欲之焦距改變之外的原因改變。例如，眼睛的阻抗可因身體水合作用、鹽分攝入、施力位準、或其他手段而隨時間改變。同樣地，瞳孔直徑可因環境光位準的變化而改變。因此，當明白結合多個感測器輸入藉由要求超過一個的輸入與一所欲的焦距變化相關聯或者藉由使用特定的感測器輸入來提升其他感測器而降低誤判觸發的機會。

亦當明白用來判定狀態變化之用於各感測器及感測器組合的臨限值取決於許多變數，例如，安全性、回應時間、及使用者偏好。該投票方案的特定程式化可基於若干受試者的臨床觀察以及為一特定使用者定製的個別程式化。該投票方案中的參數可與感測器輸入相依，例如，用於眨眼偵測之臨限值與增益設定可隨環境光改變。

一人工水晶體或IOL係一植入眼睛並取代晶狀體的鏡片。其可用於有白內障的個體或僅治療各種屈光不正。一IOL一般包含一具有稱為觸覺介面(hepatics)之塑膠側支柱的小塑膠鏡片，以將該鏡片維持在眼睛囊袋內的位置。本文所述之任何電子元件及/或組件可以類似隱形眼鏡的方式併入IOL中。

儘管咸信所顯示與所描繪者係最實用的實施例，但對所屬技術領域中具有通常知識者來說，仍可輕易思及偏離所描述及所顯示的特定設計與方法，且可加以運用而不脫離本發明的精神與範疇。本發明並不限於所敘述及繪示的具體構造，而是應建構為符合可落在所附申請專利範圍之範疇內的所有修改形式。

100‧‧‧隱形眼鏡

101‧‧‧環境光

102‧‧‧光感測器

103‧‧‧電流；箭頭

104‧‧‧放大器

106‧‧‧類比數位轉換器

108‧‧‧數位信號處理器

110‧‧‧電源

112‧‧‧警示機制

114‧‧‧系統控制器

Claims (20)

1. 一種經供電眼用鏡片，該經供電眼用鏡片包含：一隱形眼鏡；及一眼瞼位置感測器系統，其係併入該隱形眼鏡中，該眼瞼位置感測器系統包括一感測器陣列，該感測器陣列具有彼此垂直隔開之複數個個別感測器以偵測眼瞼位置；一系統控制器，其經組態以取樣該感測器陣列中之各個別感測器，以偵測眼瞼位置並提供一輸出控制信號；以及至少一警示機制，其經組態以接收該輸出控制信號，並能夠提供一警示以及儲存資料中的至少一者，以回應該系統控制器之一判定，該判定係該眼瞼已持續閉合一段時間指示睡眠肇始及睡意的至少一者。
2. 如請求項1所述之經供電眼用鏡片，其中該警示機制包含一光源，該光源係經定位在該鏡片上以提供一光至該鏡片之一配戴者的視網膜與該鏡片本身的至少一者上作為該警示。
3. 如請求項1所述之經供電眼用鏡片，其中該警示機制包含一傳感器，該傳感器使該鏡片之一配戴者的一眼睛振動作為該警示。
4. 如請求項1所述之經供電眼用鏡片，其中該警示機制包含一電模擬器，其經組態以刺激一角膜表面及一角膜之至少一感覺神經的至少一者。
5. 如請求項1所述之經供電眼用鏡片，其中該警示機制提供該隱形眼鏡之一光學區的光學區修改。
6. 如請求項1所述之經供電眼用鏡片，其進一步包含至少一電子通訊組件，該至少一電子通訊組件與該警示機制通訊，並 經組態以回應從該警示機制接收之該警示而傳輸一通知至一外部裝置。
7. 如請求項1所述之經供電眼用鏡片，其進一步包含一時鐘，且其中該警示機制包含相關聯記憶體，以用於回應該系統控制器判定的睡眠肇始而儲存一睡眠起始，並用於回應該系統控制器判定之一配戴者醒來而儲存一睡眠終止，該警示機制經組態以儲存具有該睡眠起始及該睡眠終止之一來自該時鐘的時間戳記。
8. 如請求項7所述之經供電眼用鏡片，其進一步包含至少一電子通訊組件，該至少一電子通訊組件係連接至該記憶體及該時鐘，且該至少一電子通訊組件經組態以回應一針對該儲存資料的外部查詢而擷取來自該記憶體的資料以及來自該時鐘之一時間戳記。
9. 如請求項1所述之經供電眼用鏡片，其中該系統控制器基於由該系統控制器所接收之一狀態輸入以至少兩狀態的一者進行操作，其中該至少兩狀態包括一醒著操作狀態及一睡著操作狀態，且該至少兩狀態控制該至少一警示機制關於是否基於該系統控制器偵測到的睡眠肇始提供該警示的操作。
10. 如請求項1所述之經供電眼用鏡片，其中該複數個個別感測器包含光感測器，以用於偵測入射在眼睛上的光；且該眼瞼位置感測器系統進一步包含一多工器，其經組態以自該等光感測器接收多個輸入並輸出一單一信號； 一類比數位轉換器，其經組態以將來自該放大器的該類比信號轉換為一經取樣、數位信號，以供進一步的信號處理；以及一數位信號處理器，其經組態以接收來自該類比數位轉換器的輸出並執行數位信號處理，其包括過濾、處理、及偵測經取樣資料的一或多者，以允許入射光偵測供下游使用。
11. 如請求項10所述之經供電眼用鏡片，其中該數位信號處理器包含相關聯記憶體，該記憶體基於如回應配戴者指令所判定之該鏡片的操作狀態儲存供該數位信號處理器使用的兩組眨眼樣板及眨眼遮罩。
12. 如請求項1所述之經供電眼用鏡片，進一步包含一電源供應器。
13. 如請求項1所述之經供電眼用鏡片，其中該複數個個別感測器包含電容式觸控感測器，以用於偵測接觸或近接性，並輸出一信號指示該接觸或該近接性；且該感測器系統進一步包含感測器調節器，該等感測器調節器輸出一與電容成比例的信號供下游使用。
14. 如請求項13所述之經供電眼用鏡片，其中該眼瞼位置感測器系統進一步包含一多工器，該多工器經組態以接收來自該等感測器導體的多個輸入，並輸出一單一信號至該系統控制器。
15. 如請求項1所述之經供電眼用鏡片，其中該眼瞼位置感測器系統進一步包含一通訊頻道用以協調成對之經供電隱形眼鏡間的動作。
16. 如請求項1所述之經供電眼用鏡片，其進一步包含 一瞳孔位置系統，其具有至少一加速計，以用於追蹤眼睛移動，該瞳孔位置系統與該系統控制器通訊，使得該系統控制器對該至少一加速計取樣以偵測瞳孔位置；且其中該系統控制器使用瞳孔位置及眼瞼位置兩者以判定該睡眠肇始及該睡意的至少一者。
17. 一種經供電眼用鏡片，該經供電眼用鏡片包含：一隱形眼鏡；及一眼瞼位置感測器系統，其係併入該隱形眼鏡中，該眼瞼位置感測器系統包括至少一感測器條帶，該至少一感測器條帶沿著其長度具有複數個垂直點以偵測眼瞼位置；一系統控制器，其經組態以取樣該感測器陣列中之各個別感測器，以偵測眼瞼位置並提供一輸出控制信號；以及至少一警示機制，其經組態以接收該輸出控制信號，並能夠提供一警示以及儲存資料中的至少一者，以回應該系統控制器之一判定，該判定係該眼瞼已持續閉合一段時間指示睡眠肇始及睡意的至少一者。
18. 如請求項17所述之經供電眼用鏡片，其中該警示機制包含下列的至少一者：一光源，其經定位在該鏡片上以提供一光至該鏡片之一配戴者的視網膜與該鏡片本身的至少一者上作為該警示；一傳感器，其使該鏡片之一配戴者的眼睛振動作為該警示；一電模擬器，其經組態以刺激一角膜表面及一角膜之至少一感覺神經的至少一者；以及一變換器，其提供該隱形眼鏡之一光學區的光學區修改。
19. 如請求項17所述之經供電眼用鏡片，其進一步包含一時鐘，且其中該警示機制包含相關聯記憶體，以用於回應該系統控制器判定的睡眠肇始而儲存一睡眠起始，並用於回應該系統控制器判定之一配戴者醒來而儲存一睡眠終止，該警示機制經組態以儲存具有該睡眠起始及該睡眠終止之一來自該時鐘的時間戳記。
20. 一種經供電眼用鏡片，該經供電眼用鏡片包含：一人工水晶體；及一眼瞼位置感測器系統，其係併入該人工水晶體，該眼瞼位置感測器系統包括一感測器陣列，其具有複數個個別感測器以偵測眼瞼位置；一系統控制器，其經組態以取樣該感測器陣列中之各個別感測器以偵測眼瞼位置以判定一配戴者之睡意及睡眠肇始之至少一者，並提供一輸出控制信號；及至少一警示機制，其經組態以接收該輸出控制信號。