背景技術：

1.技術領域

本發(fā)明涉及一種加電式或電子式眼科鏡片，更具體地講，涉及具有用于檢測睡眠的傳感器及相關聯(lián)的硬件和軟件的加電式或電子式眼科鏡片。

2.相關領域的討論

隨著電子裝置持續(xù)小型化，變得越來越有可能產生用于多種用途的可佩戴的或可嵌入的微電子裝置。此類用途可包括監(jiān)測身體化學性質的各方面、響應于測量或者響應于外部控制信號通過各種機械裝置(包括自動地)施用受控劑量的藥物或治療劑、以及增強器官或組織的性能。此類裝置的示例包括葡萄糖輸液泵、起搏器、去纖顫器、心室輔助裝置和神經刺激器。一種新的尤其有用的應用領域在于眼科可佩戴鏡片和接觸鏡片。例如，可佩戴鏡片可結合鏡片組件，該鏡片組件具有電子可調整焦距，以增強或提高眼睛的性能。在另一個示例中，無論具有還是不具有可調整焦距，可佩戴的接觸鏡片都可結合電子傳感器，以檢測角膜前(淚)膜中特定化學物質的濃度。在鏡片組件中使用嵌入式電子器件引起對與電子器件通信、通電和/或重新激活電子器件的方法、將電子器件互連、內部和外部感測和/或監(jiān)測、以及電子器件和鏡片總體功能的控制的潛在需求。

人眼具有辨別上百萬種顏色、易于調整以改變光狀況的能力、以及以超過高速互聯(lián)網(wǎng)連接的速率將信號或信息傳輸?shù)酱竽X的能力。當前，諸如接觸鏡片和眼內鏡片的鏡片用于矯正視力缺陷，諸如近視(近視眼)、遠視(遠視眼)、老花和散光。然而，結合附加部件的適當?shù)卦O計的鏡片可用來提高視力以及矯正視力缺陷。

接觸鏡片可用于矯正近視、遠視、散光以及其他視敏度缺陷。接觸鏡片也可用于增強佩戴者的眼睛的自然外觀。接觸鏡片或“觸體”僅僅是放置在眼睛的前表面上的鏡片。接觸鏡片被視為醫(yī)療裝置并且可被佩戴用于矯正視力以及/或者用于美容或其他治療原因。自20世紀50年代起，商業(yè)上就已利用接觸鏡片來改善視力。早期的接觸鏡片由硬性材料制成或構造，相對較為昂貴并且易碎。此外，這些早期的接觸鏡片由如下材料制成，這些材料不允許足夠的氧氣穿過接觸鏡片傳輸?shù)浇Y膜和角膜，這潛在地可引起許多不良臨床效應。盡管仍使用這些接觸鏡片，但它們因初始舒適度較差，并不適用于所有患者。該領域的后續(xù)發(fā)展產生了基于水凝膠的軟性接觸鏡片，該軟性接觸鏡片在當今極其流行且得到廣泛利用。具體地講，當今可用的有機硅水凝膠接觸鏡片將具有極高透氧度的有機硅的有益效果與水凝膠的經證實的舒適度和臨床性能結合在一起。事實上，與由早期硬性材料制成的接觸鏡片相比，這些基于有機硅水凝膠的接觸鏡片具有更高的透氧度并且通常具有更高的佩戴舒適度。

常規(guī)的接觸鏡片為具有特定形狀的聚合物結構，以便如上所簡述的矯正各種視力問題。為了實現(xiàn)增強的功能，必須將各種電路和部件集成到這些聚合物結構中。例如，控制電路、微處理器、通信裝置、功率源、傳感器、致動器、發(fā)光二極管和微型天線可通過定制的光電部件來集成到接觸鏡片中，以便不僅矯正視力，而且提高視力，以及提供如本文所解釋的附加的功能。電子式和/或加電式眼科鏡片可被設計成通過放大和縮小能力或者只是通過修改鏡片的屈光能力來提供提高的視力。電子式和/或加電式接觸鏡片可被設計成增強顏色和分辨率、顯示文本信息、將語音實時轉化為字幕、提供導航系統(tǒng)的視覺提示、以及提供圖像處理和互聯(lián)網(wǎng)接入。鏡片可被設計成允許佩戴者在低光照條件下視物。鏡片上經適當設計的電子器件和/或電子器件布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(wǎng)膜上，并提供新型圖像顯示器。另選地或者除了這些功能或類似功能中任一種之外，接觸鏡片可結合用于非入侵地監(jiān)測佩戴者的生物標記物的部件和健康指示器。例如，通過分析淚膜的組分，內置于鏡片中的傳感器可允許糖尿病患者監(jiān)測血糖水平，而不需要抽血。此外，適當?shù)嘏渲玫溺R片可結合用于監(jiān)測膽固醇、鈉和鉀水平的傳感器以及其他生物標記物。這與無線數(shù)據(jù)發(fā)送器聯(lián)接可允許醫(yī)師幾乎立即得到患者的血液化學性質，而不需要患者浪費時間去實驗室并進行抽血。此外，可利用內置于鏡片中的傳感器來檢測入射到眼睛上的光，以補償環(huán)境光照條件或者用于確定眨眼模式。

裝置的適當組合可產生可能無限的功能；然而，存在與將額外部件結合到光學級聚合物件上相關聯(lián)的多種困難。通常，由于多種原因難以在鏡片上直接制造此類部件，并且難以將平面裝置安裝和互連在非平面表面上。還難以按比例制造。待放置在鏡片上或鏡片中的部件需要小型化且集成到僅1.5平方厘米的透明聚合物上，同時保護這些部件不受眼上液體環(huán)境的影響。由于附加部件的增加的厚度，還難以制造對于佩戴者而言舒適且安全的接觸鏡片。

考慮到諸如接觸鏡片的眼科裝置的面積和體積限制及其使用環(huán)境，裝置的物理實現(xiàn)必須克服多個問題，包括將多個電子元件安裝和互連在非平面表面上，這些電子元件中的大多數(shù)包括光學等級塑料。因此，需要提供機械穩(wěn)固且電穩(wěn)固的電子式接觸鏡片。

因為這些是加電式鏡片，所以用于運行電子器件的能量或更具體地電流消耗關系到眼科鏡片尺度上的電池技術。除了正常電流消耗之外，這種性質的加電式裝置或系統(tǒng)通常需要待機電流儲備、確保在可能的寬范圍的操作參數(shù)下操作的精確的電壓控制和切換能力、以及應對可能保持多年閑置后的突發(fā)消耗(例如，單次充電至多十八(18)小時)。因此，需要如下的系統(tǒng)，該系統(tǒng)在提供所需功率的同時，對于低成本、長期可靠服務、安全性和尺寸是最優(yōu)化的。

此外，由于與加電式鏡片相關聯(lián)的功能復雜度以及包括加電式鏡片的所有部件之間的高交互水平，需要協(xié)調和控制包括加電式眼科鏡片的電子器件和光學器件的總體操作。因此，需要一種用于控制所有其他組件的操作的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)安全、低成本且可靠，具有低的能量消耗速率并且尺寸可被縮小成能結合到眼科鏡片中。

加電式或電子式眼科鏡片可能必須考慮到利用加電式或電子式眼科鏡片的個體的某些獨特生理機能。更具體地，加電式鏡片可能必須考慮到眨眼，包括在給定時間周期中的眨眼次數(shù)、眨眼的持續(xù)時間、眨眼之間的時間以及任何數(shù)目的可能的眨眼模式，例如如果個體正在打瞌睡。眨眼檢測也可用于提供某些功能，例如，可利用眨眼作為控制加電式眼科鏡片的一個或多個方面的手段。另外，在確定眨眼時，必須考慮到外部因素，例如光強度水平的變化、以及人的眼瞼所阻擋的可見光的量。例如，如果室內具有介于五十四(54)和一百六十一(161)勒之間的照度，則光傳感器的靈敏度應足以檢測人眨眼時發(fā)生的光強度變化。

環(huán)境光傳感器或光傳感器用于多個系統(tǒng)和產品中，例如用于電視機上以便根據(jù)室內光線調整亮度，用于燈上以便在黃昏時分開啟，以及用于電話上以便調整屏幕亮度。然而，這些目前使用的傳感器系統(tǒng)還不夠小和/或不具有足夠低的能量消耗以用于結合到接觸鏡片中。

同樣重要的是應注意，可使用針對人眼的計算機視覺系統(tǒng)(例如被數(shù)字化至計算機中的照相機)來實現(xiàn)不同類型的眨眼檢測器。在計算機上運行的軟件可識別各種視覺模式，例如睜眼和閉眼。這些系統(tǒng)可在眼科臨床環(huán)境中用于診斷目的和研究。不同于上述檢測器和系統(tǒng)，這些系統(tǒng)旨在在眼睛外使用并且是用于向眼睛看去而非從眼睛向外看。盡管這些系統(tǒng)并沒有小到足以結合到接觸鏡片中，但所利用的軟件可與結合加電式接觸鏡片工作的軟件相似。這些系統(tǒng)均可結合人工神經網(wǎng)絡的軟件實現(xiàn)，所述人工神經網(wǎng)絡從輸入中獲得信息并相應地調整它們的輸出。或者，結合統(tǒng)計學、其他自適應算法和/或信號處理的基于非生物學的軟件實現(xiàn)可用于創(chuàng)建智能系統(tǒng)。

有多種工作需要工作者是有意識并清醒的，例如卡車司機、保安和值班的軍事人員。如果工作者在履行職責時入睡，將會適得其反，導致潛在問題的出現(xiàn)。這些工作中有許多會使得工作者在履行其職責時需要移動，并且同樣地固定處所的監(jiān)測系統(tǒng)對提供這些工作者的監(jiān)測不實用。此外，還有許多工作需要在下班時間有規(guī)定的睡眠時間并由工作者手動記錄，而不是自動記錄工作者的睡眠以提供更好的記錄。

因此，存在對用于檢測某些生理機能(諸如眼睛閉合的時長或眨眼)的裝置和方法的需要。所用的傳感器的尺寸和構造必須適于在接觸鏡片中使用。此外，還需要檢測用戶眼瞼的位置。眼瞼位置傳感器可用于檢測用戶入睡，例如，以便記錄佩戴者入睡的數(shù)據(jù)事件?，F(xiàn)在有一些系統(tǒng)用于檢測眼瞼位置；然而它們僅限于諸如照相機成像儀、圖像識別、以及依靠反射眼睛和眼瞼的紅外發(fā)射器/探測器對的裝置。檢測眼瞼位置的現(xiàn)有系統(tǒng)還依靠于眼鏡或臨床環(huán)境的使用，并且不易于包含到接觸鏡片中。

技術實現(xiàn)要素：

在至少一個實施方案中，一種用于利用加電式眼科鏡片監(jiān)測睡眠的方法，該方法包括：激活加電式眼科鏡片；啟動鏡片上的累加器以跟蹤時間的經過；以第一眼瞼采樣速率確定是否已經發(fā)生眼瞼閉合；當檢測到眼瞼閉合時，對加速度計和換能器中的至少一者進行至少一次采樣，以及確定是否超過閾值，當超過閾值時，從累加器檢索讀數(shù)；存儲累加器讀數(shù)以及加速度計和換能器中的所述至少一者的讀數(shù)；以及確定讀數(shù)是否低于閾值，當讀數(shù)低于閾值時，存儲rem結束的指示并且返回對眼瞼閉合采樣。在另一個實施方案中，該方法還包括：利用存在于鏡片上的至少一個光傳感器測量光水平；存儲光水平和來自累加器的當前讀數(shù)；以及確定光水平改變何時發(fā)生，并且將來自累加器的當前讀數(shù)與光水平讀數(shù)一起存儲。在先前實施方案的另一個實施方案中，該方法還包括：將累加器與持續(xù)時間閾值進行比較；當累加器超過持續(xù)時間閾值時，確定當前光水平是否近似初始光水平讀數(shù)，當達到初始光水平時，終止方法。在任何先前實施方案的另一個實施方案中，對加速度計和換能器中的所述至少一者采樣以第一運動采樣速率發(fā)生，直到讀數(shù)超過閾值，接著以第二運動采樣速率采樣。在任何先前實施方案的另一個實施方案中，當檢測到眼瞼閉合時，接著以第二眼瞼采樣速率對眼瞼閉合采樣。

在至少一個實施方案中，一種用于利用加電式眼科鏡片監(jiān)測睡眠的方法，該方法包括：激活加電式眼科鏡片；啟動鏡片上的累加器以跟蹤時間的經過；對加速度計和換能器中的至少一者進行至少一次采樣；以及確定是否超過第一閾值，當超過第一閾值時，從累加器檢索讀數(shù)，存儲累加器讀數(shù)以及加速度計和換能器中的所述至少一者的讀數(shù)，并且確定讀數(shù)是否低于第二閾值，當讀數(shù)低于第二閾值時，存儲rem結束的指示并且返回對眼瞼閉合采樣。在另一個實施方案中，對加速度計和換能器中的所述至少一者采樣以第一運動采樣速率發(fā)生，直到讀數(shù)超過閾值，接著以第二運動采樣速率采樣。

在至少一個實施方案中，一種用于利用加電式眼科鏡片監(jiān)測睡眠的方法，該方法包括：激活加電式眼科鏡片；啟動鏡片上的累加器以跟蹤時間的經過；對眼瞼位置傳感器系統(tǒng)和眼運動傳感器系統(tǒng)中的至少一者采樣；從累加器檢索讀數(shù)；將眼瞼位置傳感器系統(tǒng)的輸出、眼運動傳感器系統(tǒng)的輸出以及累加器讀數(shù)存儲在存儲器中；以及以預先確定的采樣速率重復采樣步驟、檢索步驟和存儲步驟。在另一個實施方案中，眼運動傳感器系統(tǒng)包括加速度計和換能器中的至少一者。在先前兩個實施方案的另一個實施方案中，該方法還包括：利用存在于鏡片上的至少一個光傳感器測量光水平；存儲光水平和來自累加器的當前讀數(shù)；以及確定光水平改變何時發(fā)生，并且將來自累加器的當前讀數(shù)與光水平讀數(shù)一起存儲。在另一個實施方案中，該方法還包括：將累加器與持續(xù)時間閾值進行比較；當累加器超過持續(xù)時間閾值時，確定當前光水平是否近似初始光水平讀數(shù)，當達到初始光水平時，終止方法。在此段落中的任何實施方案的另一個實施方案中，當檢測到眼瞼閉合時，接著以第二眼瞼采樣速率對眼瞼閉合采樣。

在任何先前實施方案的另一個實施方案中，該方法還包括：針對可用能量水平監(jiān)測鏡片上的電源；當電源具有低于能量閾值的可用能量水平時，執(zhí)行以下中的至少一者：降低對加速度計和換能器中的至少一者的采樣速率；降低對至少一個傳感器的采樣速率；終止對加速度計和換能器中的至少一者的進一步采樣；終止對電源的進一步監(jiān)測；存儲基于累加器中的當前值的表示低能量的時間戳；從加速度計和換能器中的至少一者移除功率；以比第一采樣速率慢的第二眼瞼采樣速率來對眼瞼閉合采樣；以及對存儲讀數(shù)的存儲器提供功率。

在任何先前實施方案的另一個實施方案中，該方法還包括：監(jiān)測用于存儲讀數(shù)的可用存儲量；當可用存儲量低于低存儲量閾值時，執(zhí)行以下中的至少一者：存儲基于累加器中的當前值的表示低存儲量的時間戳；降低對加速度計和換能器中的至少一者的采樣速率；終止進一步對加速度計和換能器中的至少一者采樣；將來自加速度計和換能器中的至少一者的未來讀數(shù)存儲在最早存儲在存儲器中的讀數(shù)之上；以及刪除與最低累加器讀數(shù)相關聯(lián)的所存儲的傳感器讀數(shù)，并且使存儲器中的剩余的所存儲的傳感器讀數(shù)和累加器讀數(shù)移位。

在任何先前實施方案的另一個實施方案中，存儲讀數(shù)包括將讀數(shù)傳輸?shù)酵獠垦b置以供存儲。在另一個實施方案中，外部裝置將讀數(shù)與基于外部裝置上的當前時間的時間戳一起存儲。在先前兩個實施方案中的任一個的另一個實施方案中，該方法還包括：利用外部裝置對光水平采樣并且將光水平與時間戳一起存儲在存儲器中。在先前三個實施方案中的任一個的另一個實施方案中，該方法還包括：利用外部裝置接收用于發(fā)起睡眠研究和終止睡眠研究的用戶輸入。

在至少一個實施方案中，一種加電式眼科鏡片，該加電式眼科鏡片包括：接觸鏡片；接觸鏡片中的眼瞼位置傳感器系統(tǒng)，該眼瞼位置傳感器系統(tǒng)包括傳感器陣列和信號調節(jié)器，該傳感器陣列具有彼此豎直間隔的多個測量點以檢測眼瞼位置，該信號調節(jié)器被配置成對傳感器陣列中的測量點采樣以檢測眼瞼位置并提供輸出眼瞼信號；接觸鏡片中的眼運動傳感器系統(tǒng)，該眼運動傳感器系統(tǒng)包括用于跟蹤并確定眼睛位置的至少一個傳感器以及信號調節(jié)器，該信號調節(jié)器與傳感器協(xié)作性地相聯(lián)并且被配置成基于來自傳感器輸出的信息跟蹤并確定眼睛位置的空間坐標并且提供輸出運動信號；系統(tǒng)控制器，該系統(tǒng)控制器與所述眼瞼位置傳感器系統(tǒng)和所述眼運動傳感器系統(tǒng)電連接，所述系統(tǒng)控制器被配置成基于至少一個預先確定的采樣速率對所述眼瞼位置傳感器系統(tǒng)和所述眼運動系統(tǒng)采樣；以及存儲器，該存儲器與所述系統(tǒng)控制器電連通，并且其中所述系統(tǒng)控制器將基于每個樣本的數(shù)據(jù)存儲在所述存儲器中。在至少一個實施方案中，一種加電式眼科鏡片包括：接觸鏡片；接觸鏡片中的眼運動傳感器系統(tǒng)，該眼運動傳感器系統(tǒng)包括用于跟蹤并確定眼睛位置的至少一個傳感器以及信號調節(jié)器，該信號調節(jié)器與傳感器協(xié)作性地相聯(lián)并且被配置成基于來自傳感器輸出的信息跟蹤并確定空間坐標中的眼睛位置并且提供輸出運動信號；系統(tǒng)控制器，該系統(tǒng)控制器與所述眼運動傳感器系統(tǒng)電連接，所述系統(tǒng)控制器被配置成基于至少一個預先確定的采樣速率對所述眼運動傳感器系統(tǒng)采樣；以及數(shù)據(jù)管理器，該數(shù)據(jù)管理器與所述系統(tǒng)控制器電連通并且具有存儲器，所述數(shù)據(jù)管理器被配置成將從所述系統(tǒng)控制器輸出到所述數(shù)據(jù)管理器的任何信號中所存在的數(shù)據(jù)存儲在所述存儲器中。

在至少一個實施例中，加電式眼科鏡片包括接觸鏡片；接觸鏡片中的眼睛移動傳感器系統(tǒng)，該眼睛移動傳感器系統(tǒng)包括用于追蹤和確定眼睛位置的至少一個傳感器、以及信號調節(jié)器，該信號調節(jié)器與傳感器協(xié)作性地相關聯(lián)，并且被配置來基于來自傳感器輸出的信息追蹤和確定空間坐標中的眼睛位置，并且提供輸出移動信號；與所述眼睛移動傳感器系統(tǒng)電連接的系統(tǒng)控制器，所述系統(tǒng)控制器被配置來基于至少一個預先確定的采樣率，采樣所述眼睛移動系統(tǒng)；以及與所述系統(tǒng)控制器電連通并且具有存儲器的數(shù)據(jù)管理器，所述數(shù)據(jù)管理器被配置來將從所述系統(tǒng)控制器輸出到所述數(shù)據(jù)管理器的任何信號中存在的數(shù)據(jù)存儲在所述存儲器中。在另一個實施方案中，該鏡片還包括接觸鏡片中的眼瞼位置傳感器系統(tǒng)，該眼瞼位置傳感器系統(tǒng)包括傳感器陣列和信號調節(jié)器，該傳感器陣列具有彼此豎直間隔的多個測量點以檢測眼瞼位置，該信號調節(jié)器被配置成對傳感器陣列中的測量點采樣以檢測眼瞼位置并提供輸出眼瞼信號；并且其中所述系統(tǒng)控制器與所述眼瞼位置傳感器系統(tǒng)電連接，所述系統(tǒng)控制器被配置成基于至少一個預先確定的眼瞼采樣速率對所述眼瞼位置傳感器系統(tǒng)采樣。

對于任何以上的加電式眼科鏡片實施方案進一步而言，鏡片還包括累加器；并且所述系統(tǒng)控制器被配置成存儲來自所述累加器的對應于所存儲的每個樣本數(shù)據(jù)集的讀數(shù)。f對于任何以上的加電式眼科鏡片實施方案進一步而言，鏡片還包括：功率源，該功率源電連接到所述眼瞼位置傳感器系統(tǒng)、所述眼運動傳感器系統(tǒng)以及所述系統(tǒng)控制器；以及資源管理系統(tǒng)，該資源管理系統(tǒng)與所述功率源和所述存儲器中的至少一者電連通；所述資源管理系統(tǒng)被配置成確定超過低能量水平和存儲器存儲閾值中的至少一者，并且響應于肯定確定，所述資源管理系統(tǒng)被配置成進行以下中的至少一者：降低對系統(tǒng)的所有采樣速率；終止對所述眼瞼位置傳感器系統(tǒng)和所述眼運動系統(tǒng)的所有采樣；以及當超過存儲器存儲閾值時，用較新的數(shù)據(jù)替換較早的數(shù)據(jù)。

對于任何以上的加電式眼科鏡片實施方案進一步而言，鏡片還包括通信系統(tǒng)，該通信系統(tǒng)被配置成與外部裝置通信。在另一個實施方案中，系統(tǒng)控制器通過所述通信系統(tǒng)將任何所接收的信號輸出傳輸?shù)酵獠垦b置。

對于任何以上的加電式眼科鏡片實施方案進一步而言，眼運動系統(tǒng)包括至少一個加速度計。在另一個實施方案中，當來自所述至少一個加速度計的信號超過運動閾值時，眼運動傳感器系統(tǒng)信號調節(jié)器提供輸出。

在至少一個實施方案中，一種系統(tǒng)包括任何以上的加電式眼科鏡片實施方案以及能夠容納所述鏡片的基站，所述基站包括：外殼，該外殼具有尺寸足以用于至少一個鏡片的腔；時鐘；通信系統(tǒng)，該通信系統(tǒng)被配置成與插入所述外殼中的任何鏡片通信，包括激活所述鏡片以及下載存儲在所述鏡片中的所述存儲器中的數(shù)據(jù)；存儲器，該存儲器被配置成存儲所下載的數(shù)據(jù)；以及用于與外部計算機通信以傳輸從所述鏡片中的所述存儲器接收的數(shù)據(jù)的裝置。

根據(jù)本發(fā)明的具有眼瞼位置傳感器和/或眼運動傳感器的電子式眼科鏡片克服了以上所簡述的與現(xiàn)有技術相關聯(lián)的局限性。這些傳感器可以集成到接觸鏡片中，而不需要在現(xiàn)有的面向眼睛的檢測系統(tǒng)中所常見的臨床環(huán)境或眼鏡。傳感器具有可用于接觸鏡片中的適當?shù)某叽绾碗娏飨?。傳感器還輸出對于確定佩戴者是睡著還是清醒所必需的信息。

根據(jù)一個方面，本發(fā)明涉及一種加電式眼科鏡片。加電式眼科鏡片包括接觸鏡片、結合到接觸鏡片中的眼瞼位置傳感器系統(tǒng)、眼睛位置傳感器系統(tǒng)、系統(tǒng)控制器、以及數(shù)據(jù)管理器。眼瞼位置傳感器系統(tǒng)包括傳感器陣列，該傳感器陣列具有彼此豎直間隔的多個單獨傳感器和連續(xù)壓力和/或電容傳感器中的至少一者以檢測眼瞼位置。眼睛位置傳感器系統(tǒng)包括用于檢測眼睛位置的至少一個傳感器。系統(tǒng)控制器被配置成對傳感器陣列中的每個單獨傳感器采樣以檢測眼瞼位置并提供輸出控制信號。數(shù)據(jù)管理器被配置成接收輸出控制信號并且記錄關于佩戴者的睡眠的數(shù)據(jù)。在至少一個實施方案中，接觸鏡片包括光學區(qū)域和其中具有電子部件的周邊區(qū)域。在另選的實施方案中，眼瞼位置傳感器系統(tǒng)包括帶狀傳感器，取代了多個單獨傳感器。

根據(jù)另一個方面，本發(fā)明涉及一種加電式眼科鏡片。加電式眼科鏡片包括眼內鏡片、結合到眼內鏡片中的眼瞼位置傳感器系統(tǒng)、眼睛位置傳感器系統(tǒng)、系統(tǒng)控制器以及數(shù)據(jù)管理器。眼瞼位置傳感器系統(tǒng)包括傳感器陣列，該傳感器陣列具有彼此豎直間隔的多個單獨傳感器以檢測眼瞼位置。眼睛位置傳感器系統(tǒng)包括用于檢測眼睛位置的至少一個傳感器。系統(tǒng)控制器被配置成對每個單獨傳感器采樣以提供輸出控制信號。數(shù)據(jù)管理器被配置成接收輸出控制信號并且記錄關于佩戴者的睡眠的數(shù)據(jù)。

在至少一個實施方案中，在其中提供跟蹤工作者的睡眠的機構將是有利的。

本發(fā)明涉及一種可結合眼瞼(eyelid或lid)位置傳感器和眼睛位置傳感器的加電式或電子式眼科鏡片。已知的是眼瞼以多種方式保護眼球，包括眨眼反射和眼淚展布的動作。眼瞼的眨眼反射通過在感知到對眼睛的威脅后迅速閉合來防止對眼球造成創(chuàng)傷。眨眼還會使眼淚展布在眼球表面，以使眼球保持濕潤并沖洗掉細菌和其他異物。但眼瞼的運動也可以指示在起作用的其他動作或功能。在至少一個實施方案中，可利用眼瞼位置傳感器來確定佩戴電子式眼科鏡片的個人是否睡著。

本發(fā)明更一般地涉及一種包括電子系統(tǒng)的加電式接觸鏡片，所述電子系統(tǒng)執(zhí)行任何數(shù)量的功能，包括致動可變焦光學器件(如果包括的話)。該電子系統(tǒng)包括一個或多個電池或其他功率源、功率管理電路、一個或多個傳感器、時鐘生成電路、控制算法和電路以及鏡片驅動電路。

對加電式眼科鏡片的控制可通過以無線方式與鏡片通信的手動操作式外部裝置(例如手持式遙控單元)來實現(xiàn)。另選地，對加電式眼科鏡片的控制可通過直接來自于佩戴者的反饋信號或控制信號來實現(xiàn)。例如，內置于鏡片中的傳感器可檢測眨眼和/或眨眼模式?；谡Ｑ勰Ｊ交蛘Ｑ坌蛄校与娛窖劭歧R片可改變操作狀態(tài)，例如在喚醒操作狀態(tài)和睡著操作狀態(tài)之間改變。另選地，傳感器可包括例如壓力傳感器、簧片開關、鹽度傳感器、生物傳感器和電容傳感器，以提供指示鏡片已被插入的信號。

在至少一個實施方案中，眨眼檢測算法是系統(tǒng)控制器的檢測眨眼特性的部件，所述眨眼特性例如眼瞼是打開還是閉合、眨眼打開或閉合的持續(xù)時間、眨眼間隔持續(xù)時間以及給定時間周期中的眨眼次數(shù)。根據(jù)至少一個實施方案，該算法依賴于以某一采樣速率對入射于眼睛上的光采樣。存儲預先確定的眨眼模式，并將其與入射光樣本的最近歷史比較。當模式匹配時，眨眼檢測算法便觸發(fā)系統(tǒng)控制器中的活動，例如以切換至特定的操作狀態(tài)。

在至少一個實施方案中，眨眼檢測算法和相關聯(lián)的電路在相當寬的照明條件范圍內工作，并且優(yōu)選地能夠將有意的眨眼序列或眼瞼閉合與無意的眨眼區(qū)分開來。還優(yōu)選的是，只需要進行很少的訓練便能利用有意的眨眼來激活和/或控制加電式眼科鏡片。本發(fā)明的眨眼檢測算法和相關聯(lián)的電路提供了一種通過加電式或電子式接觸鏡片來檢測眨眼的安全、低成本且可靠的裝置和方法，以實現(xiàn)對加電式或電子式眼科鏡片的激活或控制中的至少一者，該加電式或電子式接觸鏡片還具有低能量消耗速率并且可被縮小成能結合到眼科鏡片中。

本發(fā)明還涉及結合眼瞼或眼瞼位置傳感器的加電式或電子式眼科鏡片。

附圖說明

通過以下對如附圖中所示的本發(fā)明優(yōu)選實施方案的更具體描述，本發(fā)明的上述內容及其他特征和優(yōu)點將顯而易見。

圖1a和1b示出根據(jù)本發(fā)明的至少一個實施方案的具有傳感器系統(tǒng)的接觸鏡片。

圖2示出根據(jù)本發(fā)明的至少一個實施方案的入射到眼睛表面上的光與時間的關系的圖形表示，其示出在各種光強度水平下所記錄的可能的無意的眨眼模式與時間的關系以及基于最大和最小光強度水平之間的某一點的可用閾值水平。

圖3為根據(jù)本發(fā)明的至少一個實施方案的眼瞼位置傳感器系統(tǒng)的狀態(tài)轉移圖。

圖4示出根據(jù)本發(fā)明的至少一個實施方案的用于對所接收的光信號進行檢測和采樣的光電檢測路徑的圖解示意圖。

圖5示出根據(jù)本發(fā)明的至少一個實施方案的數(shù)字調節(jié)邏輯的框圖。

圖6示出根據(jù)本發(fā)明的至少一個實施方案的數(shù)字檢測邏輯的框圖。

圖7示出根據(jù)本發(fā)明的至少一個實施方案的時序圖。

圖8a和8b示出根據(jù)本發(fā)明的至少一個實施方案的數(shù)字系統(tǒng)控制器的圖解示意圖。

圖9a至圖9g示出根據(jù)本發(fā)明的至少一個實施方案的用于自動增益控制的時序圖。

圖10示出根據(jù)本發(fā)明的至少一個實施方案的集成電路管芯上的光阻擋區(qū)域和光通過區(qū)域的圖解示意圖。

圖11示出根據(jù)本發(fā)明的至少一個實施方案的用于加電式接觸鏡片的電子插件(包括眨眼檢測器)的圖解示意圖。

圖12a和12b示出根據(jù)本發(fā)明的至少一個實施方案的眼瞼位置傳感器的圖解示意圖。

圖13a示出根據(jù)本發(fā)明的至少一個實施方案的兩個眼瞼位置傳感器的圖解示意圖，這些眼瞼位置傳感器具有用于使兩只眼睛之間的動作同步的通信信道。

圖13b示出根據(jù)本發(fā)明的至少一個實施方案的一個眼瞼位置傳感器的圖解示意圖，該眼瞼位置傳感器具有用于與外部裝置通信的通信信道。

圖14a示出根據(jù)本發(fā)明的至少一個實施方案的用于檢測眼瞼位置并結合到接觸鏡片中的電子系統(tǒng)的圖解示意圖。

圖14b示出圖14a的電子系統(tǒng)的放大視圖。

圖15示出來自根據(jù)本發(fā)明的至少一個實施方案的眼瞼位置傳感器的輸出的圖解示意圖。

圖16a示出根據(jù)本發(fā)明的至少一個實施方案的用于檢測眼瞼位置并結合到接觸鏡片中的另一種電子系統(tǒng)的圖解示意圖。

圖16b示出圖16a的電子系統(tǒng)的放大視圖。

圖17a至圖17c示出根據(jù)本發(fā)明的至少一個實施方案的眼瞼位置檢測系統(tǒng)的圖解示意圖。

圖17d示出圖17a至圖17c的電子系統(tǒng)的放大視圖。

圖18a示出根據(jù)本發(fā)明的至少一個實施方案的結合到接觸鏡片中的瞳孔位置和會聚檢測系統(tǒng)的圖解示意圖。

圖18b是圖18a的瞳孔位置和會聚檢測系統(tǒng)的放大視圖。

圖18c示出眼睛上疊加的x、y、z軸。

圖19示出根據(jù)本發(fā)明的至少一個實施方案的插入傳感器實施方案的框圖。

圖20示出根據(jù)本發(fā)明的具有多個傳感器、一個系統(tǒng)控制器和一個警示機構的通用系統(tǒng)的框圖，其中基于兩個或更多個傳感器的輸出作出激活決策。

圖21示出根據(jù)本發(fā)明的至少一個實施方案的方法的流程圖，系統(tǒng)控制器通過該方法確定警示機構的狀態(tài)是否將基于傳感器輸入發(fā)生改變。

圖22示出根據(jù)本發(fā)明的至少一個實施方案的存儲框的框圖。

圖23示出根據(jù)本發(fā)明的至少一個實施方案的方法的流程圖，系統(tǒng)控制器通過該方法監(jiān)測睡眠。

圖24示出根據(jù)本發(fā)明的至少一個實施方案的方法的流程圖，系統(tǒng)控制器通過該方法監(jiān)測睡眠。

圖25示出根據(jù)本發(fā)明的至少一個實施方案的方法的流程圖，系統(tǒng)控制器通過該方法監(jiān)測睡眠。

具體實施方式

常規(guī)的接觸鏡片為聚合物結構，具有特定形狀以便如上所簡述地矯正各種視力問題。為了實現(xiàn)增強的功能，可將各種電路和部件集成到這些聚合物結構中。例如，控制電路、微處理器、通信裝置、功率源、傳感器、數(shù)據(jù)管理器、發(fā)光二極管和微型天線可通過定制的光電部件來集成到接觸鏡片中，以便不僅矯正視力，而且提高視力，以及提供如本文所解釋的附加的功能。電子式和/或加電式接觸鏡片可被設計成通過放大和縮小能力或者只是通過修改鏡片的屈光能力來提供提高的視力。電子式和/或加電式接觸鏡片可被設計成增強顏色和分辨率、顯示文本信息、將語音實時轉化為字幕、提供導航系統(tǒng)的視覺提示、以及提供圖像處理和互聯(lián)網(wǎng)接入。鏡片可被設計成允許佩戴者在低光照條件下視物。鏡片上經適當設計的電子器件和/或電子器件布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(wǎng)膜上，提供新型圖像顯示器，并且甚至提供喚醒警示。此外，可利用內置于鏡片中的傳感器來檢測入射到眼睛上的光，以補償環(huán)境光照條件或者用于確定眨眼模式以及佩戴者是睡著還是清醒的。

至少一個實施方案的加電式或電子式接觸鏡片包括必要元件以監(jiān)測佩戴者的睡眠，不論具有還是不具有用于矯正和/或提高具有一種或多種上述視力缺陷的患者的視力或者以其他方式執(zhí)行有用的眼科功能的元件。此外，電子式接觸鏡片可僅僅用來提高正常的視力，或者提供如上所述的多種功能。電子式接觸鏡片可具有可變焦光學鏡片，嵌入到接觸鏡片中的已組裝前光學器件，或者僅簡單地嵌入任何合適功能的電子器件而沒有鏡片。本發(fā)明的電子式鏡片可結合到任何數(shù)目的上述接觸鏡片中。此外，眼內鏡片也可結合本文所述的各種部件和功能。然而，為了便于解釋，本公開將集中于用于單次使用的日拋型電子式接觸鏡片。

本發(fā)明可用于具有電子系統(tǒng)的加電式眼科鏡片或加電式接觸鏡片，該電子系統(tǒng)致動可變焦光學器件或被配置成實現(xiàn)可被執(zhí)行的任何數(shù)量的諸多功能的任何其他一種或多種裝置。該電子系統(tǒng)包括一個或多個電池或其他功率源、功率管理電路、一個或多個傳感器、時鐘生成電路、控制算法和電路、以及鏡片驅動電路。這些部件的復雜度可根據(jù)鏡片所要求或所期望的功能而變化。另選地，在至少一個實施方案中，接觸鏡片可僅監(jiān)測佩戴者的睡眠，包括快速眼運動(rem)睡眠。

對電子式或加電式眼科鏡片的控制可通過與鏡片通信的手動操作式外部裝置諸如手持式遠程單元來實現(xiàn)。例如，短表鏈(fob)可基于來自佩戴者的人工輸入與加電式鏡片進行無線通信。另選地，對加電式眼科鏡片的控制可通過直接來自于佩戴者的反饋信號或控制信號來實現(xiàn)。例如，內置于鏡片中的傳感器可檢測眨眼、眨眼模式、眼瞼閉合和/或眼運動。基于眨眼模式或眨眼序列和/或運動，加電式眼科鏡片可改變操作狀態(tài)，例如鏡片的操作狀態(tài)，以開始監(jiān)測佩戴者的睡眠。另一種選擇是，佩戴者無法控制加電式眼科鏡片的操作。

圖1a示出根據(jù)至少一個實施方案的睡眠監(jiān)測系統(tǒng)。所示系統(tǒng)包括眼瞼位置傳感器系統(tǒng)110、眼運動傳感器系統(tǒng)120、系統(tǒng)控制器132和數(shù)據(jù)管理器134。傳感器系統(tǒng)與系統(tǒng)控制器132電連通，該系統(tǒng)控制器繼而與數(shù)據(jù)管理器134電連通。在至少一個實施方案中，數(shù)據(jù)管理器134包括連接到存儲器的累加器。在至少一個實施方案中，數(shù)據(jù)管理器134與系統(tǒng)控制器132合并。

圖1b中所示的眼瞼位置傳感器系統(tǒng)110包括與信號處理部件電連通的至少一個傳感器。至少一個傳感器允許檢測眼瞼閉合，并且可采用如本公開中稍后討論的多種形式。

圖1b中所示的眼運動傳感器系統(tǒng)120包括與信號處理器電連通的至少一個傳感器。至少一個傳感器可采用如本公開中稍后討論的多種形式。示例包括加速度計和換能器。

在另選的實施方案中，容納系統(tǒng)控制器的集成電路或其他電氣部件還容納兩個傳感器系統(tǒng)的信號處理裝置。

圖1a還示出功率源130，在至少一個實施方案中，該功率源向系統(tǒng)的其他部件提供功率。圖1a示出稍后將討論的任選的資源管理系統(tǒng)140。

在至少一個另選的實施方案中，系統(tǒng)控制器使用檢測眨眼特性的眨眼檢測方法，眨眼特性例如眼瞼是打開還是閉合、眨眼的持續(xù)時間、眨眼之間的持續(xù)時間、給定時間段內的眨眼次數(shù)、以及眼瞼閉合時長。根據(jù)至少一個實施方案的方法依賴于以某一采樣速率對入射于眼睛上的光采樣。存儲預先確定的眨眼模式，并將其與入射光樣本的最近歷史比較。當模式匹配時，眨眼檢測可觸發(fā)系統(tǒng)控制器中的活動，例如，以便激活睡眠監(jiān)測或停用睡眠監(jiān)測。在另一個實施方案中，眨眼檢測還在預先確定的眨眼模式和與困倦或睡眠開始相關聯(lián)的眼瞼運動之間進行區(qū)分。

眨眼是眼瞼的快速閉合和打開，并且是眼睛的基本功能。眨眼能保護眼睛免受異物損傷，例如當有物體意外地出現(xiàn)在眼睛附近時，個體便會眨眼。眨眼通過眼淚的展布而在眼睛的前表面上提供潤滑作用。眨眼還能從眼睛移除污染物和/或刺激物。正常情況下，眨眼是自動完成的，但外部刺激可能會導致眨眼，例如在存在刺激物的情況下。然而，眨眼也可能是有目的的，例如對于不能通過語言或通過手勢進行交流的個體可通過眨眼一次來表示“是”、通過眨眼兩次來表示“否”。在另選的實施方案中，眨眼檢測方法和系統(tǒng)利用不會與正常眨眼響應相混淆的眨眼模式。換句話講，如果要將眨眼作為用于控制動作的方法，則為給定動作所選擇的特定模式不能無規(guī)地出現(xiàn)；否則，可能發(fā)生無意的動作。由于眨眼速度和/或頻率可受到若干因素(包括疲勞、專注、無聊、眼睛受傷、用藥和疾病)的影響，用于控制目的眨眼模式優(yōu)選地考慮到這些因素以及任何其他影響眨眼的變量。無意眨眼的平均長度在約一百(100)毫秒至四百(400)毫秒的范圍內。成年男性和女性的平均眨眼速率為每分鐘十(10)次無意眨眼，并且無意眨眼之間的平均時間為約0.3秒至七十(70)秒。眼瞼運動還可以指示其他情況，諸如當眼瞼具有閉合一段時間的總趨勢時指示困倦，或者閉合一段時間指示佩戴者已睡著。

眨眼檢測可概括為以下步驟。

1.定義使用者將執(zhí)行的有意“眨眼序列”以用于積極的眨眼檢測或者其代表睡眠開始。

2.以與檢測眨眼序列一致的速率對入射光水平采樣并剔除無意的眨眼。

3.將采樣的光水平的歷史與預期的“眨眼序列”進行比較，“眨眼序列”由數(shù)值的眨眼模板定義。

4.任選地，實現(xiàn)眨眼“遮罩”序列以指示在比較期間所要忽略的模板的部分，例如近處的轉變。這可允許使用者偏離所期望的“眨眼序列”，例如加一或減一(1)錯誤窗口，其中可能出現(xiàn)以下中的一者或多者：鏡片激活、控制和焦距改變。另外，這可允許眨眼序列的使用者時序發(fā)生變化。

應當理解，多種預期的或希望的眨眼模式可被編程到具有一個或多個同時工作的接口的設備，并在至少一個實施方案中控制特定眨眼模式在特定操作狀態(tài)下的使用。更具體地講，可將多個預期的或希望的眨眼模式用于同一目的或功能、或者用于實現(xiàn)不同的或替代的功能。例如，可利用一個眨眼模式使鏡片在至少一個睡著操作狀態(tài)和喚醒操作狀態(tài)之間改變操作狀態(tài)。在至少一個實施方案中，眨眼檢測還可以在眼瞼保持閉合時進行檢測，其檢測結果將是連續(xù)眨眼；眼瞼具有閉合入睡的運動軌跡，其檢測結果將是部分眨眼或一系列部分眨眼，諸如當眨眼發(fā)生后傳感器的一部分被眼瞼覆蓋時；以及眼瞼下垂，其檢測結果將是在上眼瞼和/或下眼瞼例如從其確認或未確認注視位置和/或頭部下垂的正常穩(wěn)態(tài)位置發(fā)生穩(wěn)態(tài)位置上的改變。

確定佩戴者是否打瞌睡的一種方式的示例是通過跟蹤眨眼周期時間的寬度和眼瞼打開周期時間的寬度的長度來實現(xiàn)。另選地，還會跟蹤部分眼瞼打開周期寬度，作為眼瞼打開周期寬度的補充或替代。通常眨眼與眼瞼打開之間的比率將為1∶15至1∶22，但隨著佩戴者慢慢進入睡眠，眨眼周期寬度的長度將增加，而眼瞼打開周期寬度將減少。在包括用于存儲周期寬度的多個寄存器的系統(tǒng)中，可以保持正在運行的眨眼周期和眼瞼打開周期之間的一系列比率，使得當這種趨勢的比率接近預先確定的困倦閾值時，佩戴者可能開始打瞌睡。預先確定的困倦閾值的示例包括但不限于一比1、2、3、4、5和10。系統(tǒng)控制器將被配置成比較所述比率并跟蹤在滾動窗口上的周期時長。在另選的實施方案中，系統(tǒng)控制器將僅保留與預先確定的窗口的非標準眨眼相關聯(lián)的周期寬度的信息，同時佩戴者可注意到他們在打瞌睡，并在進入另一長時間的眨眼周期之前更加留心。在至少一個實施方案中，當檢測到佩戴者正在打瞌睡時，傳感器的采樣頻率可增加以便提高數(shù)據(jù)分辨率。在另一個實施方案中，數(shù)據(jù)管理器記錄采樣頻率何時改變，并且在另一個實施方案中，存儲正在使用的采樣頻率的指示。

在另選的實施方案中，系統(tǒng)控制器將確定佩戴者在預定時間的眨眼與眼瞼打開的比率。預先確定的時間的示例包括但不限于，鏡片插入后不久、增加一小時、增加二小時、增加四小時、和這些時間的任意組合。在另選的或另一個實施方案中，當檢測到一只眼或兩只眼的焦點發(fā)生變化，或者兩次眨眼間隔的時間有所增加時，系統(tǒng)控制器將確定佩戴者的眨眼與眼瞼打開的比率，使得所述增加超過預先確定的閾值，指示例如佩戴者正注視著某物或佩戴者處于無聊的狀態(tài)。這一特定于佩戴者的比率將被用來計算預先確定的困倦閾值。該計算的示例包括取特定于佩戴者的比率的一部分，諸如減少四分之一(例如，1∶20至1∶15)、減少一半(例如，1∶20至1∶10)或減少四分之三(例如，1∶20至1∶5)?；谠撌纠?，本領域的普通技術人員應當理解，多種減少方式是可能的。

打瞌睡的另一個示例是在眨眼期間眼瞼打開和閉合的速度。一項研究發(fā)現(xiàn)，眼瞼閉合平均時間為92毫秒±17毫秒，并且眼瞼打開平均時間為242毫秒±55毫秒。banderwerf等人，“eyelidmovements：behavioralstudiesofblinkinginhumansunderdifferentstimulusconditions，”journalofphysiology，2003年5月，第89卷，第5期，第2784頁-第2796頁。在至少一個實施方案中，系統(tǒng)控制器保留至少一次眼瞼閉合和眼瞼打開的運行次數(shù)列表，以確定所監(jiān)測的眼瞼運動是否存在速度上的改變。使得當一系列眨眼的速度減慢時，系統(tǒng)控制器獲得確定佩戴者困倦的依據(jù)。在另一個實施方案中，速度被測定為從閉合的眼瞼位置到打開的眼瞼位置的距離與在這兩點之間行進所花的時間的比率。

打瞌睡的另一個示例是鏡片佩戴者瞳孔的掃視運動減少。當一個人是清醒時，在掃視運動中其雙眼由于生理方面的考慮而快速環(huán)顧是正常的。當一個人困倦時，雖然眼瞼是打開的，但這些運動將減少。在至少一個實施方案中，眼運動傳感器系統(tǒng)被用于跟蹤瞳孔的運動，并可將此信息提供給系統(tǒng)控制器，以用于沿眼運動數(shù)據(jù)的運行列表進行比較，所述眼運動數(shù)據(jù)反映瞳孔運動的運動量、時長和速度。

在另一個實施方案中，系統(tǒng)控制器將利用來自加速度計的信號來確定佩戴者的頭部是否開始下垂并結合任何較長時間的眨眼周期寬度，然后在至少一個實施方案中，系統(tǒng)控制器將降低困倦閾值或者另選地利用低垂的頭部來確認佩戴者開始打瞌睡并需要警示。

圖1b以框圖形式示出根據(jù)至少一個實施方案的接觸鏡片100。在所示實施方案中，接觸鏡片100包括眼瞼位置系統(tǒng)110、眼運動傳感器系統(tǒng)120、功率源130、系統(tǒng)控制器132和數(shù)據(jù)管理器134。所示眼瞼位置系統(tǒng)110包括光傳感器112、放大器114、模數(shù)轉換器(或adc)116以及數(shù)字信號處理器118。所示眼運動傳感器系統(tǒng)120包括傳感器122和信號處理器124，諸如采集采樣信號調節(jié)器。

在至少一個實施方案中，當接觸鏡片100放置于使用者眼睛的前表面上時，可利用眨眼檢測器系統(tǒng)的電子電路來實現(xiàn)眨眼檢測。光傳感器112以及其他電路被配置成檢測眨眼、由使用者的眼睛產生的各種眨眼模式和/或眼瞼閉合水平。

在該實施方案中，光傳感器112可嵌入到接觸鏡片100中并接收環(huán)境光141，將入射光子轉換成電子，從而產生流入放大器114中的電流(用箭頭113表示)。光傳感器或光電探測器112可包括任何合適的裝置。在一個實施方案中，光傳感器112包括光電二極管。在至少一個實施方案中，光電二極管被應用于互補金屬氧化物半導體(cmos加工技術)中，以增大集成能力并減少光傳感器112和其他電路的總體尺寸。電流113與入射光水平成比例，并在光電探測器112被眼瞼覆蓋時顯著減少。放大器114產生與輸入成比例的放大輸出，并可用作將輸入電流轉換成輸出電壓的互阻抗放大器。放大器114可將信號放大到可供系統(tǒng)的剩余部分使用的水平，例如使信號具有足夠的電壓和功率以被adc116采集。例如，可能需要放大器來驅動后續(xù)區(qū)塊，因為光傳感器112的輸出可能相當小并且可能在低光照環(huán)境中使用。放大器114可以實現(xiàn)為可變增益放大器，其增益可由系統(tǒng)控制器132以反饋布置方式調整，以使系統(tǒng)的動態(tài)范圍最大化。除提供增益之外，放大器114還可包括其他模擬信號調節(jié)電路，例如適合于光傳感器112和放大器114輸出的濾波電路和其他電路。放大器114可包括任何適用于放大和調節(jié)由光傳感器112輸出的信號的裝置。例如，放大器114可包括單個運算放大器，或包括一個或多個運算放大器的更復雜的電路。光傳感器可以是可切換光電二極管陣列，并且放大器可以是積分器。如上所述，光傳感器112和放大器114被配置成根據(jù)通過眼睛所接收的入射光強度來檢測和分離眨眼序列，并將輸入電流轉換成最終可由系統(tǒng)控制器132使用的數(shù)字信號。在至少一個實施方案中，系統(tǒng)控制器132被預編程或預配置成能夠在各種光強度水平條件下識別各種眨眼序列、眨眼模式和/或眼瞼閉合(部分或完全閉合)，并向數(shù)據(jù)管理器134提供適當?shù)妮敵鲂盘?。在至少一個實施方案中，系統(tǒng)控制器132還包括相關聯(lián)的存儲器。

在該實施方案中，adc116可用于將來自放大器114的連續(xù)模擬信號輸出轉換成適合于進一步信號處理的采樣數(shù)字信號。例如，adc116可將來自放大器114的模擬信號輸出轉換成可供后續(xù)或下游電路(諸如數(shù)字信號處理器118)使用的數(shù)字信號。數(shù)字信號處理器118可用于數(shù)字信號處理，包括對采樣的數(shù)據(jù)進行過濾、處理、檢測以及以其他方式操縱/處理中的一種或多種，從而允許入射光檢測供下游使用。通過上述眨眼序列和/或眨眼模式以及指示延長的眼瞼閉合或眼瞼移動的眨眼序列，可對數(shù)字信號處理器118進行預編程。在至少一個實施方案中，數(shù)字信號處理器118還包括相關聯(lián)的存儲器，在至少一個實施方案中，該相關聯(lián)的存儲器存儲模板和遮罩組以便檢測例如像系統(tǒng)控制器132所選擇的每個操作狀態(tài)的眨眼模式。數(shù)字信號處理器118可利用模擬電路、數(shù)字電路、軟件、或它們的組合來實現(xiàn)。在所示實施方案中，數(shù)字信號處理器在數(shù)字電路中實現(xiàn)。adc116連同相關聯(lián)的放大器114和數(shù)字信號處理器118以與前述采樣速率一致的合適速率激活，例如每一百(100)ms激活一次，在至少一個實施方案中，該合適速率得到調整。

在至少一個實施方案中，允許檢測眼睛并且更具體地是瞳孔的運動的任何合適裝置可用作傳感器122，并且可利用不止單個傳感器122。由信號處理器124對傳感器122的輸出進行采集、采樣和調節(jié)。信號處理器124可包括任何數(shù)量的裝置以接收來自傳感器122的數(shù)據(jù)并以合適的格式為系統(tǒng)的剩余部分生成輸出，所述裝置包括放大器、互阻抗放大器、模數(shù)轉換器、濾波器、數(shù)字信號處理器和相關電路。數(shù)字信號處理器124可利用模擬電路、數(shù)字電路、軟件和/或它們的組合來實現(xiàn)。在至少一個實施方案中，信號處理器124是與傳感器122協(xié)同設計的，例如用于采集和調節(jié)加速度計的電路與用于肌肉活動傳感器或光學瞳孔跟蹤器的電路不同。在至少一個實施方案中，信號處理器124的輸出為經采樣的數(shù)字流并且可包括絕對位置或相對位置、運動、所檢測的與會聚一致的注視、或者其他數(shù)據(jù)。系統(tǒng)控制器132從位置信號處理器124接收輸入，并使用該信息結合來自眼瞼位置傳感器系統(tǒng)的輸入來確定佩戴者是否睡著。

在至少一個實施方案中，信號處理器118和124被結合到一個信號處理器中(或被制造成一個信號處理器)。

功率源130為系統(tǒng)中的諸多部件供應功率。功率可由電池、能量采集器或本領域普通技術人員已知的其他合適裝置來供應。實質上，可利用任何類型的功率源130來為系統(tǒng)的所有其他部件提供可靠的功率。在至少一個實施方案中，可利用眨眼序列來改變系統(tǒng)和/或系統(tǒng)控制器的操作狀態(tài)。此外，系統(tǒng)控制器132可根據(jù)來自數(shù)字信號處理器118和/或信號處理器124的輸入來控制加電式接觸鏡片的其他方面，例如通過致動器來改變電子控制的鏡片的焦距或屈光力。

在至少一個實施方案中，系統(tǒng)控制器132將基于所接收的眨眼模式來確定鏡片的操作狀態(tài)，例如以便發(fā)起或終止睡眠監(jiān)測，盡管在另選的實施方案中，其他操作狀態(tài)同時地或分別地是可能的。對于該實施方案進一步而言或另選地，操作狀態(tài)將確定數(shù)字信號處理器118在該操作狀態(tài)中將使用的眨眼模板和遮罩組，連同控制數(shù)據(jù)管理器134響應于系統(tǒng)控制器132檢測到佩戴者已經入睡作出的行為。在另一個另選的實施方案中，旨在用于工作輪班期間的鏡片將僅使用指示睡眠開始的眨眼模板來運作，并且不會根據(jù)佩戴者的任何眨眼模式改變操作狀態(tài)。

系統(tǒng)控制器132使用來自光傳感器鏈(即，光傳感器112、放大器114、adc116和數(shù)字信號處理系統(tǒng)118)的信號來比較采樣的光水平以確定眼瞼閉合和/或眨眼激活模式。

參見圖2，其示出在各種光強度水平下所記錄的眨眼模式樣本與時間和可用閾值水平的示意圖。因此，通過考慮到各種因素，可減少和/或防止在對入射于眼睛上的光采樣時的眨眼檢測錯誤，例如考慮到在不同位置和/或在執(zhí)行各種活動時光強度水平的變化。另外，當對入射于眼睛上的光采樣時，通過考慮到環(huán)境光強度的變化可能對眼睛和眼瞼造成的影響，也可減少和/或防止眨眼檢測錯誤，諸如在低強度光水平和高強度光水平下當眼瞼閉合時眼瞼阻擋多少可見光。換句話講，為防止利用錯誤的眨眼模式進行控制，優(yōu)選地應考慮環(huán)境光的水平，這將在下文進行更詳細的解釋。

例如在研究中，已發(fā)現(xiàn)眼瞼平均阻擋約百分之九十九(99％)的可見光，但在較短的波長處，透射過眼瞼的光趨于減少，從而阻擋約99.6％的可見光。在朝向光譜的紅外線部分的較長波長處，眼瞼可阻擋僅百分之三十(30％)的入射光。然而，重要的是應注意，不同頻率、波長和強度的光可能以不同的效率透射過眼瞼。例如，當看著明亮光源時，個體可通過其閉合的眼瞼看到紅光。基于個體差異，諸如個體的皮膚色素沉淀，眼瞼阻擋的可見光量也可能有變化。如圖2所示，在七十(70)秒的時間間歇中模擬眨眼模式在各種光照水平下的數(shù)據(jù)樣本，其中在模擬過程中記錄透射過眼睛的可見光強度水平，并示出可使用的閾值。閾值被設定為處于在模擬過程中在不同的光強度水平下針對樣本眨眼模式所記錄的可見光強度的峰到峰值之間的值。在跟蹤光水平隨時間的平均值并調整閾值的同時具有對眨眼模式進行預編程的能力對于能夠檢測某個個體何時眨眼而言可能非常重要，這與個體不眨眼時和/或僅在某一區(qū)域中存在光強度水平變化時不同。

現(xiàn)在再次參見圖1a和圖1b，在其他另選的實施方案中，系統(tǒng)控制器132可從包括以下一者或多者的源接收輸入：眨眼檢測器、壓力傳感器、加速度計、光傳感器和短表鏈控制裝置。通過歸納法并根據(jù)本公開內容，本領域的技術人員應當理解，通過系統(tǒng)控制器132確定睡眠的方法可使用一個或多個輸入。例如，電子式或加電式接觸鏡片可針對個體使用者編程，諸如對鏡片編程以識別個體的眨眼模式和個體的頭部運動兩者，如使用加速度計在一天的時間當中所檢測到的，例如在點頭的同時眼瞼閉合。在一些實施方案中，使用一個以上的輸入通過電子接觸鏡片來確定睡眠諸如眨眼檢測與頭部運動，可為每種方法提供在確定已經發(fā)生睡眠開始之前用另一種方法交叉檢查的能力，稍后將結合圖20和圖21進行討論。交叉檢查的優(yōu)點可包括減少誤報，例如使無意間觸發(fā)鏡片而警示和/或記錄錯誤數(shù)據(jù)的可能性降至最低。在一個實施方案中，交叉檢查可涉及投票方案，其中在確定睡眠之前滿足一定數(shù)量的條件。在另一個實施方案中，交叉檢查可涉及加權平均值，其中某些輸入將被視為比其他輸入更為重要，諸如眼瞼閉合和頭部取向。

在另選的實施方案中，系統(tǒng)控制器132可輸出指示佩戴者在睡著操作狀態(tài)期間入睡的信號，而數(shù)據(jù)管理器134將在存儲器中記錄信息以供之后檢索。在另選的實施方案中，系統(tǒng)控制器132將數(shù)據(jù)存儲在與系統(tǒng)控制器132相關聯(lián)的存儲器中，而不使用數(shù)據(jù)管理器134來存儲數(shù)據(jù)。如稍后所討論，在至少一個實施方案中，存在提供時間戳的時鐘(諸如累加器)。如上所示，本發(fā)明的加電式鏡片可提供各種功能。

圖3至圖17d提供眼瞼位置傳感器系統(tǒng)的示例，并且圖18a至圖18c提供眼運動傳感器系統(tǒng)的示例。在至少一個實施方案中，眼瞼位置傳感器系統(tǒng)使用眨眼檢測來確定眼瞼是否閉合并且在多個樣本內保持閉合。

圖3示出根據(jù)本發(fā)明的至少一個實施方案的眼瞼位置傳感器系統(tǒng)的狀態(tài)轉移圖300。系統(tǒng)在開始時處于idle狀態(tài)302，等待使能信號bl_go發(fā)出。當使能bl_go信號被發(fā)出時，例如通過以與眨眼采樣速率相當?shù)囊话?100)ms速率施加脈沖bl_go的振蕩器和控制電路，狀態(tài)機接著轉變至wait_adc狀態(tài)304，在該狀態(tài)中，使能adc以將所接收的光水平轉換成數(shù)字值。adc發(fā)出adc_done信號，以指示其操作完成，并且系統(tǒng)或狀態(tài)機轉變成shift狀態(tài)306。在shift狀態(tài)306中，系統(tǒng)將最新接收的adc輸出值推送到移位寄存器中，以保持眨眼樣本的歷史。在一些實施方案中，首先將adc輸出值與閾值比較，從而提供樣本值的一位(1或0)，以便最小化存儲要求。然后系統(tǒng)或狀態(tài)機轉變至compare狀態(tài)308，在此狀態(tài)中，如上所述將樣本歷史移位寄存器中的值與一個或多個眨眼序列模板和遮罩進行比較。如果檢測到匹配，則可發(fā)出一個或多個輸出信號，諸如將鏡片狀態(tài)切換至睡著操作狀態(tài)或喚醒操作狀態(tài)的信號，或者發(fā)出佩戴者睡眠開始的信號。系統(tǒng)或狀態(tài)機接著轉變至done狀態(tài)310，并發(fā)出bl_done信號，以指示其操作完成。

圖4示出可用于對所接收的光水平進行檢測和采樣的光傳感器或光電探測器信號路徑pd_rx_top。信號路徑pd_rx_top可包括光電二極管402、互阻抗放大器404、自動增益和低通濾波級406(agc/lpf)、以及adc408。adc_vref信號從功率源130(參見圖1b中的adc116)輸入到adc408，或者另選地，其可由模數(shù)轉換器408內的專用電路提供。來自adc408的輸出adc_data被傳送到數(shù)字信號處理和系統(tǒng)控制器區(qū)塊118/132(參見圖1b)。雖然在圖1b中示出為單獨的區(qū)塊118和132，但為了便于解釋，數(shù)字信號處理和系統(tǒng)控制器在單個區(qū)塊410上實現(xiàn)。使能信號adc_en、起始信號adc_start和復位信號adc_rst_n由數(shù)字信號處理和系統(tǒng)控制器410接收，而完成信號adc_complete傳送到該處。時鐘信號adc_clk可從位于信號路徑pd_rx_top外的時鐘源接收，或者從數(shù)字信號處理和系統(tǒng)控制器410接收。重要的是應注意，adc_clk信號和系統(tǒng)時鐘可在不同的頻率下運行。同樣重要的是應注意，根據(jù)本發(fā)明可使用任何數(shù)量的不同adc，這些adc可具有不同的界面和控制信號，但其執(zhí)行提供光傳感器信號路徑模擬部分輸出的采樣數(shù)字表示的相似功能。光電檢測使能信號pd_en以及光電檢測增益pd_gain是從數(shù)字信號處理和系統(tǒng)控制器410接收的。

圖5示出可用于將所接收的adc信號值adc_data減少至一位值pd_data的數(shù)字調節(jié)邏輯500的框圖。數(shù)字調節(jié)邏輯500可包括數(shù)字寄存器502，以從光電檢測信號路徑pd_rx_top接收數(shù)據(jù)adc_data，從而在信號adc_data_held上提供保持值。數(shù)字寄存器502被配置成在adc_complete信號發(fā)出時接受adc_data信號上的新值，并且當接收到adc_complete信號時保持最后的接受值。這樣，一旦所述數(shù)據(jù)被鎖存，系統(tǒng)便可禁用光電檢測信號路徑，以降低系統(tǒng)的電流消耗。接著，可在閾值生成電路504中通過數(shù)字邏輯中實現(xiàn)的積分-清除平均或其他平均方法對所保持的數(shù)據(jù)值進行平均，以在信號pd_th上生成一個或多個閾值。然后，可通過比較器506將所保持的數(shù)據(jù)值與所述一個或多個閾值進行比較，以在信號pd_data上產生一位數(shù)據(jù)值。應當理解，所述比較運算可利用滯后或與一個或多個閾值的比較，以使輸出信號pd_data上的噪聲最小化。數(shù)字調節(jié)邏輯還可包括增益調整區(qū)塊pd_gain_adj508，以根據(jù)所計算的閾值和/或根據(jù)所保持的數(shù)據(jù)值通過圖4所示的信號pd_gain在光電檢測信號路徑中設置自動增益和低通濾波級406的增益。重要的是應注意，在該實施方案中，六位的字在眨眼檢測的動態(tài)范圍內提供足夠的分辨率，同時使復雜度最小化。圖5示出另選的實施方案，其包括提供來自例如串行數(shù)據(jù)接口的pd_gain_sdi控制信號，該串行數(shù)據(jù)接口允許重寫由增益調整區(qū)塊pd_gain_adj508確定的自動增益控制。

在一個實施方案中，閾值生成電路504包括峰值檢測器、谷值檢測器和閾值計算電路。在該實施方案中，可如下生成閾值和增益控制值。峰值檢測器和谷值檢測器被配置成接收信號adc_data_held上的保持值。峰值檢測器還被配置成提供輸出值pd_pk，該輸出值pd_pk快速地跟蹤adc_data_held值的增大并在adc_data_held值減小時緩慢衰減。該操作類似于電技術領域中眾所周知的傳統(tǒng)二極管包絡檢測器的操作。谷值檢測器還被配置成提供輸出值pd_vl，該輸出值pd_vl快速地跟蹤adc_data_held值的減小并在adc_data_held值增大時緩慢地衰減至更高的值。谷值檢測器的操作也類似于二極管包絡檢測器，其中放電電阻器被連接至正電源電壓。閾值計算電路被配置成接收pd_pl值和pd_vl值，并且還被配置成根據(jù)pd_pk值和pd_vl值的平均值來計算中點閾值pd_th_mid。閾值生成電路504根據(jù)中點閾值pd_th_mid提供閾值pd_th。

閾值生成電路504還可適于響應于pd_gain值的變化更新pd_pk水平和pd_vl水平的值。如果pd_gain值增大一個步長，則pd_pk和pd_vl值增大一個因數(shù)，所述因數(shù)等于光電檢測信號路徑的預期增益增大值。如果pd_gain值減小一個步長，則pd_pk值和pd_val值減小一個因數(shù)，所述因數(shù)等于光電檢測信號路徑的預期增益減小值。這樣，分別在pd_pk值和pd_vl值中所保持的峰值檢測器和谷值檢測器的狀態(tài)、以及根據(jù)pd_pk值和pd_vl值計算出的閾值pd_th被更新以與信號路徑增益的變化相匹配，從而避免僅根據(jù)光電檢測信號路徑增益的有意變化所得到的狀態(tài)或值的不連續(xù)性或其他變化。

在閾值生成電路504的另一個實施方案中，閾值計算電路還可被配置成根據(jù)pd_pk值的比例或百分比來計算閾值pd_th_pk。在至少一個實施方案中，pd_th_pk可有利地被配置成pd_pk值的八分之七，其計算可通過簡單的右移三位和減法來實現(xiàn)，如在本領域中眾所熟知。閾值計算電路可將閾值pd_th選擇成pd_th_mid和pd_th_pk中的較小者。這樣，pd_th值將永遠不等于pd_pk值，即使是在恒定的光長時間入射于光電二極管上(這可能導致pd_pk值和pd_vl值相等)之后。應當理解，pd_th_pk值確保在長的間歇之后對眨眼的檢測。閾值生成電路的行為進一步示于圖9中，如隨后所論述。

圖6示出根據(jù)至少一個實施方案的可用于實現(xiàn)數(shù)字眨眼檢測的數(shù)字檢測邏輯600的框圖。數(shù)字檢測邏輯600可包括移位寄存器602，該移位寄存器適于從光電檢測信號路徑pd_rx_top(圖4)接收數(shù)據(jù)，或者從數(shù)字調節(jié)邏輯(圖5)接收數(shù)據(jù)，如此處在具有一位值的信號pd_data上所示。移位寄存器602在此處將所接收的樣本值的歷史保持于24位寄存器中。數(shù)字檢測邏輯600還包括比較區(qū)塊604，該比較區(qū)塊適于接收樣本歷史以及基于操作狀態(tài)的一個或多個模板bl_tpl和遮罩bl_mask(如必要時)，并且數(shù)字檢測邏輯600被配置成在一個或多個輸出信號上指示與該一個或多個模板和遮罩的匹配，該一個或多個輸出信號可被保持以供以后用。在至少一個實施方案中，操作狀態(tài)確定比較區(qū)決604將要使用的模板bl_tpl和遮罩bl_mask組。在至少一組模板bl_tpl中，存在表示佩戴者入睡的至少一個睡眠模板。在另選的實施方案中，數(shù)字檢測邏輯600包括比較區(qū)塊，該比較區(qū)塊適于包括一個或多個睡眠模板，并且數(shù)字檢測邏輯600被配置成在一個或多個輸出信號上指示與一個或多個模板和遮罩的匹配，該一個或多個輸出信號可被保持以供以后用。在這樣的另選實施方案中，鏡片不具有睡著和喚醒操作狀態(tài)。

比較區(qū)塊604的輸出通過d型觸發(fā)器606進行鎖存。數(shù)字檢測邏輯600還可包括計數(shù)器608或其他邏輯，以抑制由于遮罩操作引起的以小的移位對同一樣本歷史集進行的連續(xù)比較。在優(yōu)選的實施方案中，在發(fā)現(xiàn)陽性匹配之后樣本歷史將被清除或復位，因而需要對完整的、新的匹配序列采樣才能再識別后續(xù)匹配。數(shù)字檢測邏輯600還可包括狀態(tài)機或類似的控制電路，以向光電檢測信號路徑和adc提供控制信號。在一些實施方案中，控制信號可由與數(shù)字檢測邏輯600分開的控制狀態(tài)機產生。該控制狀態(tài)機可為數(shù)字信號處理和系統(tǒng)控制器410的一部分。

在另選的實施方案中，系統(tǒng)基于眼瞼保持閉合的循環(huán)數(shù)目來確定睡眠。一旦眼瞼被檢測為閉合，系統(tǒng)就將會將計數(shù)器(例如，寄存器)重置到零或一，這取決于實現(xiàn)方式。針對眼瞼保持閉合的每個循環(huán)，計數(shù)器遞增一。當計數(shù)器達到預先確定的閾值時，確定佩戴者睡著。相反，計數(shù)器可被重置到等于閾值的數(shù)目，并且針對眼瞼保持閉合的每個循環(huán)遞減，直到計數(shù)器達到零或一，這取決于所使用的實現(xiàn)方式。

圖7示出從檢測子系統(tǒng)向光電檢測信號路徑中所用的adc408(圖4)提供的控制信號的時序圖。使能信號和時鐘信號adc_en、adc_rst_n和adc_clk在樣本序列開始時被激活，并持續(xù)至模數(shù)轉換過程完成為止。在一個實施方案中，adc轉換過程是當在adc_start信號上提供脈沖時開始的。adc輸出值被保持于adc_data信號中，并且過程的完成是由模數(shù)轉換器邏輯在adc_complete信號上指示的。圖7中還示出用于在adc之前設置放大器增益的pd_gain信號。該信號顯示為在預熱時間之前進行設置，以使模擬電路偏壓和信號電平在轉換之前達到穩(wěn)定。

圖8示出具有數(shù)字眨眼檢測子系統(tǒng)dig_blink802的數(shù)字系統(tǒng)控制器800。數(shù)字眨眼檢測子系統(tǒng)dig_blink802可由主狀態(tài)機dig_master804控制并可適于從位于數(shù)字系統(tǒng)控制器800外的時鐘產生器clkgen806接收時鐘信號。數(shù)字眨眼檢測子系統(tǒng)dig_blink802可適于向如上所述的光電檢測子系統(tǒng)提供控制信號以及從光電檢測子系統(tǒng)接收信號。除包括用于控制眨眼檢測算法中的運算序列的狀態(tài)機之外，數(shù)字眨眼檢測子系統(tǒng)dig_blink802還可包括如上所述的數(shù)字調節(jié)邏輯和數(shù)字檢測邏輯。數(shù)字眨眼檢測子系統(tǒng)dig_blink802可適于從主狀態(tài)機804接收使能信號，并向主狀態(tài)機804提供完成或結束指示以及眨眼檢測指示。在至少一個實施方案中，當佩戴者困倦時，眨眼檢測提供指示，如先前所提及的。在至少一個實施方案中，眨眼數(shù)據(jù)存儲在緩沖器中，使得在系統(tǒng)檢測到睡眠之后，緩沖器中的數(shù)據(jù)可被轉移并存儲在存儲器中以供稍后分析，例如，在睡眠之前過度專心和不良睡眠質量之間的相關性。

在另選的實施方案中，圖8示出包括數(shù)字睡眠檢測子系統(tǒng)dig_sleep852的數(shù)字系統(tǒng)控制器850。數(shù)字眨眼檢測子系統(tǒng)dig_sleep852可由主狀態(tài)機dig_master854控制并可適于從位于數(shù)字系統(tǒng)控制器850外的時鐘產生器clkgen856接收時鐘信號。數(shù)字睡眠檢測子系統(tǒng)dig_sleep852可適于向如上所述的光電檢測子系統(tǒng)提供控制信號并從光電檢測子系統(tǒng)接收信號。除包括用于控制睡眠檢測算法中的運算序列的狀態(tài)機之外，數(shù)字睡眠檢測子系統(tǒng)dig_sleep852還可包括如上所述的數(shù)字調節(jié)邏輯和數(shù)字檢測邏輯。數(shù)字睡眠檢測子系統(tǒng)dig_sleep852可適于從主狀態(tài)機854接收使能信號，并向主狀態(tài)機854提供完成或結束指示以及睡眠檢測指示。

在圖8a和圖8b所示任一實施方案的另選實施方案中，記時鐘連接到時鐘發(fā)生器806以從鏡片開始操作就跟蹤時間，并且在其中數(shù)據(jù)管理器記錄關于佩戴者睡眠的起始和終止的數(shù)據(jù)的實施方案中，向數(shù)據(jù)管理器提供時間戳信號，使得當使用例如至少一個電子通信部件將數(shù)據(jù)從鏡片傳輸(或發(fā)送)至外部設備時，該外部設備能夠根據(jù)來自鏡片的時間戳和傳輸數(shù)據(jù)時外部設備上的當前時間，與記錄的時間戳相比較，通過反算一天的時間來確定佩戴者在佩戴鏡片時在哪些時間周期里睡著。

圖9a-圖9g描繪波形，用于示出閾值生成電路和自動增益控制(圖5)的操作。圖9a示出由可響應于不同光水平的光電二極管提供的光電流與時間的關系的示例。在曲線圖的第一部分中，光水平和所得的光電流與曲線圖的第二部分相比相對低。在曲線圖的第一部分和第二部分兩者中，均看到兩次眨眼以減少光和光電流。應注意，由眼瞼造成的光衰減可能不是百分之一百(100)，而是較低的值，該值取決于眼瞼對入射于眼睛上的光波長的透射特性。圖9b示出響應于圖9a的光電流波形捕獲的adc_data_held值。為簡明起見，adc_data_held值被示出為連續(xù)的模擬信號而不是一系列離散的數(shù)字樣本。應當理解，數(shù)字樣本值將對應于圖9b中在對應樣本時間所示的水平。在曲線圖頂部和底部處的虛線指示adc_data信號和adc_data_held信號的最大值和最小值。最小值和最大值之間的值范圍也稱為adc_data信號的動態(tài)范圍。如下文所述，在曲線圖第二部分中的光電檢測信號路徑增益是不同的(較低)。一般來講，adc_data_held值與光電流成正比，并且增益變化僅影響比例性的比率或常數(shù)。圖9c示出由閾值生成電路響應于adc_data_held值計算的pd_pk、pd_vl和pd_th_mid值。圖9d示出在閾值生成電路的一些實施方案中響應于adc_data_held值計算的pd_pk、pd_vl和pd_th_pk值。應注意，pd_th_pk值始終與pd_pk值成一定比例。圖9e示出adc_data_held值以及pd_th_mid和pd_th_pk值。應注意，在其中adc_data_held值相對恒定的很長一段時間中，隨pd_vl值衰減至同一水平，pd_th_mid值變得等于adc_data_held值。pd_th_pk值始終保持低于adc_data_held值一定量。在圖9e中還示出對pd_th的選擇，其中pd_th值被選擇為pd_th_pk和pd_th_mid中的較小者。這樣，閾值始終被設定為距pd_pk值某一距離，從而避免因光電流信號和adc_dataheld信號上的噪聲引起的pd_data上的誤躍遷。圖9f示出通過將adc_data_held值與pd_th值進行比較而產生的pd_data值。應注意，pd_data信號是雙值信號，其在發(fā)生眨眼時較低。圖9g示出這些示例性波形的tia_gain值與時間的關系。當pd_th開始超過圖9e中以agc_pk_th示出的高閾值時，tia_gain的值被設置為較低。應當理解，當pd_th開始下降至低于低閾值時，會發(fā)生相似的行為而使tia_gain升高。再次查看圖9a至圖9e中的每幅圖的第二部分，較低tia_gain的效果是明顯的。尤其應注意，adc_data_held值保持于adc_data信號和adc_data_held信號的動態(tài)范圍的中值附近。此外，重要的是應注意，如上文所述根據(jù)增益變化來更新pd_pk值和pd_vl值，從而在峰值和谷值檢測器狀態(tài)和值中避免只因光電檢測信號路徑增益變化引起的不連續(xù)性。

圖10示出集成電路管芯1000上的光阻擋特征結構和光通過特征結構。集成電路管芯1000包括光通過區(qū)域1002、光阻擋區(qū)域1004、接合焊盤1006、鈍化開孔1008和光阻擋層開孔1010。光通過區(qū)域1002位于光傳感器(未示出)上方，例如在半導體工藝中實現(xiàn)的光電二極管陣列。在至少一個實施方案中，光通過區(qū)域1002允許盡可能多的光到達光傳感器，從而使靈敏度最大化。這可通過移除多晶硅、金屬、氧化物、氮化物、聚酰亞胺和光感受器上的其他層完成，如在用于制造的半導體工藝中或在后處理中所允許。光通過區(qū)域1002也可接受其他特殊處理以優(yōu)化光檢測，例如減反射涂層、濾光片和/或擴散片。光阻擋區(qū)域1004可覆蓋管芯上不需要進行曝光的其他電路。光電流可能會使其他電路的性能劣化，例如在如此前所提及的結合到接觸鏡片中所需的超低電流電路中使偏置電壓和振蕩器頻率偏移。光阻擋區(qū)域1004以薄的、不透明的反射材料形成，例如在半導體晶片處理和后處理中已經使用的鋁或銅。如果以金屬實現(xiàn)，則形成光阻擋區(qū)域1004的材料必須與下面的電路和焊盤1006絕緣，以防止短路狀況。此類絕緣可由已經作為正常晶片鈍化物的一部分存在于管芯上的鈍化物(例如氧化物、氮化物和/或聚酰亞胺)來提供或者以在后處理期間所加入的其他電介質來提供。遮蔽允許光阻擋層具有開孔1010，以便導電的光阻擋金屬不與管芯上的接合焊盤重疊。光阻擋區(qū)域1004被附加的電介質或鈍化物覆蓋，以保護管芯并避免在管芯附著期間短路。該最終鈍化物具有鈍化物開孔1008，以允許連接至接合焊盤1006。

在接觸鏡片包括著色能力的另選的實施方案中，光通過區(qū)域1002與接觸鏡片的能夠著色的區(qū)域至少部分地重疊。在接觸鏡片的著色區(qū)域和非著色區(qū)域兩者中均存在光傳感器的情況下，它允許確定通過著色阻擋的光量。在另一個實施方案中，整個光通過區(qū)域1002存在于著色區(qū)域中。

圖11示出根據(jù)本發(fā)明的實施方案的具有電子插件的接觸鏡片，該電子插件具有眼瞼位置傳感器系統(tǒng)。接觸鏡片1100包括柔軟的塑性部分1102，該部分提供電子插件1104。該插件1104包括通過電子器件激活(例如，根據(jù)激活聚焦到近處或遠處)的鏡片1106。在所示實施方案中，集成電路1108安裝于插件1104上并連接至電池1110、鏡片1106、以及系統(tǒng)必需的其他部件。集成電路1108包括光傳感器1112和相關聯(lián)的光電探測器信號路徑電路。光傳感器1112穿過鏡片插件面朝外并遠離眼睛，因而能夠接收環(huán)境光。光傳感器1112可在集成電路1108上(如圖所示)例如以單個光電二極管或光電二極管的陣列實現(xiàn)。光傳感器1112也可以安裝于插件1104上的單獨裝置實現(xiàn)并與跡線1114連接。當眼瞼閉合時，包括光檢測器1112的鏡片插件1104被覆蓋，從而使入射于光檢測器1112上的光水平減小。光電探測器1112能夠測量環(huán)境光，以確定使用者是否正在眨眼。根據(jù)本公開內容，本領域的普通技術人員應當理解，光電探測器112可用本公開內容中討論的其他傳感器取代或擴充。

眨眼檢測方法的附加實施方案可允許眨眼序列的持續(xù)時間和間隔的更大變化，例如通過基于第一次眨眼的所測量的結束時間來對第二次眨眼的開始計時，而非通過利用固定的模板或通過加寬遮罩的“不用計”間歇(0值)。

應當理解，眨眼檢測和/或睡眠檢測可在數(shù)字邏輯中或者在微控制器上運行的軟件中實現(xiàn)。算法邏輯或微控制器可與光電檢測信號路徑電路和系統(tǒng)控制器一起在單個應用專用集成電路(asic)上實現(xiàn)，或者其可橫跨多于一個集成電路來劃分。

已知的是眼瞼以多種方式保護眼球，包括眨眼反射和眼淚展布的動作。眼瞼的眨眼反射通過在感知到對眼睛的威脅后迅速閉合來防止對眼球造成創(chuàng)傷。眨眼還會使眼淚展布在眼球表面，以使眼球保持濕潤并沖洗掉細菌和其他異物。但眼瞼的運動除了用于跟蹤佩戴電子式眼科鏡片的個體(或佩戴者)何時已經入睡，也可指示在起作用的其他動作或功能。同樣重要的是應注意，除此之外或在另選用途中，所感測的數(shù)據(jù)可只是被用作觸發(fā)事件的一部分而非作為收集過程。換句話講，還應當理解，利用這種傳感器的裝置可能不會以對使用者可見的方式改變狀態(tài)，相反，該裝置可以只是記錄數(shù)據(jù)。

現(xiàn)在參見圖12a，其中示出位于眼睛1200上的眼瞼位置傳感器系統(tǒng)。該系統(tǒng)被結合到接觸鏡片1202中。示出了上眼瞼和下眼瞼，其中按閉合程度增加的順序上眼瞼具有可能位置為1201，1203和1205。下眼瞼也以對應于上眼瞼的閉合水平示出；即，位置1207，1209和1205。當眼瞼閉合時它們占據(jù)相同的位置；即，1205。根據(jù)該實施方案的接觸鏡片1202包括傳感器陣列1204。該傳感器陣列1204包括一個或多個光傳感器。在該實施方案中，傳感器陣列1204包括十二(12)個光傳感器1206a至1206l。在上眼瞼處于位置1201而下眼瞼處于位置1207的情況下，所有光傳感器1206a至1206l被暴露于并接收環(huán)境光，由此產生可被本文所述的電子電路檢測的光電流。當眼瞼在位置1203和1209處部分閉合時，頂部和底部的光傳感器1206a和1206b被覆蓋，接收比其他光傳感器1206c至1206l較少的光，并輸出可由電子電路檢測的相對較小的電流。隨著在位置1205眼瞼完全閉合，所有傳感器1206a至1206i都被覆蓋，電流也相應地減少。該系統(tǒng)可被用于通過對傳感器陣列中的每個光傳感器采樣，并利用光電流輸出與傳感器位置的關系來確定眼瞼位置，例如，在出現(xiàn)指示睡眠或困倦可能開始的眨眼之后上下眼瞼是否未完全打開。應當理解，光傳感器應放置在接觸鏡片上的合適位置，例如以便提供足夠的樣本位置以可靠地確定眼瞼位置，同時不阻擋清晰的光學區(qū)域(大致為由散瞳所占據(jù)的區(qū)域)。該系統(tǒng)也可被用于通過對傳感器進行常規(guī)采樣并比較隨著時間所測得的值，從而檢測眨眼。在另選的實施方案中，傳感器陣列1204′的光傳感器1206a′至1206l′形成圍繞瞳孔的弧形圖案，同時彼此間豎直間隔開，例如圖12b所示。在任一所示實施方案中，本領域的普通技術人員應當理解，在傳感器陣列中可使用除12以外的數(shù)。另外的示例包括3至15范圍內的數(shù)(在至少一個實施方案中，包括端點在內)，更具體地講包括4至8范圍內的數(shù)(在至少一個實施方案中，包括端點在內)。

圖13a示出一種系統(tǒng)，其中接觸鏡片1302至少部分地覆蓋兩只眼睛1300。傳感器陣列1304存在于兩個接觸鏡片1302中以確定眼瞼的位置，如此前針對圖12a所述。在該實施方案中，接觸鏡片1302各自具有電子通信部件1306。每個接觸鏡片1302中的電子通信部件1306允許在接觸鏡片1302之間進行雙向通信。電子通信部件1306可包括射頻(rf)收發(fā)器、天線、光傳感器1308的接口電路、以及相關聯(lián)的或相似的電子部件。由線1310所表示的通信信道可以是適當頻率和功率下的具有適當數(shù)據(jù)協(xié)議的rf傳輸，以允許接觸鏡片1302之間的有效通信。兩個接觸鏡片1302之間的數(shù)據(jù)傳輸可例如驗證兩個眼瞼都已閉合，以便檢測真實的、有目的的眼瞼閉合，而不是合一下眼、無意的眨眼、或用一只眼斜視。該傳輸還可允許系統(tǒng)確定兩個眼瞼的閉合度是否相似，例如確定哪一種與近距離閱讀的用戶相關。數(shù)據(jù)傳輸也可發(fā)生于外部設備上，例如框架眼鏡、佩戴于使用者太陽穴上的貼片或智能電話(或其他基于處理器的系統(tǒng))。在至少一個實施方案中，電子通信部件允許記錄的睡眠數(shù)據(jù)傳輸?shù)街悄茈娫?或其他外部裝置)。這樣，在至少一個另選的實施方案中，電子通信部件1306就可僅存在于一個鏡片上。在另選的實施方案中，個體佩戴的智能電話(或具有傳輸功能的其他配備加速度計的裝置)中的加速度計提供運動數(shù)據(jù)，用于交叉檢查睡眠確定，諸如缺乏全身運動指示睡眠的可能性或提供指示個體是靜止的數(shù)據(jù)。

在另選的實施方案中，圖13b中所示的外部裝置1390通過至少一個電子通信部件1392來接收并存儲如由接觸鏡片1300確定的睡眠相關的數(shù)據(jù)，該至少一個電子通信部件1392允許與接觸鏡片1300上的電子通信部件1306通信。使用外部裝置的一個優(yōu)點在于：外部裝置可比接觸鏡片更準確地記錄時間，同時提供適于較快采樣速率的充分存儲量，而無需擔心填滿接觸鏡片上的存儲器。更準確的記時將提供允許更準確的分析的數(shù)據(jù)集。

在另一個或另選的實施方案中，外部裝置為佩戴者提供用于指示何時發(fā)起睡眠研究和/或終止睡眠研究的機構。一個示例是通過在外部裝置上顯示圖形用戶界面，該圖形用戶界面包括將由用戶觸摸的虛擬按鈕。

圖14a和圖14b示出電子系統(tǒng)1400，其中如上所述的眼瞼位置光傳感器被用來觸發(fā)接觸鏡片1402或者更具體地講加電式或電子式眼科鏡片中的活動。圖14a示出鏡片1402上的電子系統(tǒng)1400，并且圖14b是系統(tǒng)1400的分解圖。如先前結合圖12所述，光1401入射到一個或多個光傳感器1404上。這些光傳感器1404可使用光電二極管、硫化鎘(cds)傳感器、或適于將環(huán)境光轉換成電流的其他技術來實現(xiàn)。根據(jù)光傳感器1404的選擇，放大器1406或其他合適的電路可能需要調整輸入信號，以供隨后的或下游電路使用。復用器1408允許單個模數(shù)轉換器(或adc)1410接收來自多個光傳感器1404的輸入。復用器1408可緊接在光傳感器1404之后、放大器1406之前放置，或者取決于電流消耗、管芯尺寸和設計復雜度方面的考慮，也可以不使用。由于在眼睛上的不同位置需要多個光傳感器1404以檢測眼瞼位置，共享下游處理部件(例如，放大器、模數(shù)轉換器和數(shù)字信號處理器)可顯著減小電子電路所需的尺寸。放大器1406產生與輸入成比例的放大輸出，并可用作將輸入電流轉換成輸出電壓的互阻抗放大器。放大器1406可將信號放大到可供系統(tǒng)的剩余部分使用的水平，例如使信號具有足夠的電壓和功率以被adc1410采集。例如，可能需要放大器1406來驅動后續(xù)區(qū)塊，因為光傳感器1404的輸出可能相當小并且可能在低光照環(huán)境中使用。放大器1406還可以實現(xiàn)為可變增益放大器，其增益可由系統(tǒng)控制器1412調整，以使系統(tǒng)1400的動態(tài)范圍最大化。除提供增益之外，放大器1406還可包括其他模擬信號調節(jié)電路，例如適合于光傳感器1404和放大器1406輸出的濾波電路和其他電路。放大器1406可以是任何適用于放大和調節(jié)由光傳感器1404輸出的信號的裝置。例如，放大器1404可僅是單個運算放大器，或包括具有一個或多個運算放大器的更復雜的電路。

如上所述，光傳感器1404和放大器1406被配置成檢測眼睛上多個位置的入射光1401，并將輸入電流轉換成最終可由系統(tǒng)控制器1412使用的數(shù)字信號。在至少一個實施方案中，系統(tǒng)控制器1412被預編程來對位于眼睛上的每個光傳感器1404采樣，以檢測眼瞼位置并向數(shù)據(jù)管理器1414提供適當?shù)妮敵鲂盘?。系統(tǒng)控制器1412還包括相關聯(lián)的存儲器。系統(tǒng)控制器1412可將光傳感器1404的最近樣本結合到與眼瞼打開和瞇眼位置相關的預先制定模式。例如，當該模式與有關疲勞的兩個眼瞼部分閉合的模式相匹配時，系統(tǒng)控制器1412可觸發(fā)數(shù)據(jù)管理器1414以記錄數(shù)據(jù)。在各種環(huán)境光和焦距情況下記錄使用者的眼瞼模式可能需要對系統(tǒng)控制器1412進行編程，以進行可靠的檢測。系統(tǒng)1400可能需要區(qū)分眼瞼位置之間的變化，在環(huán)境光、陰影及其他現(xiàn)象下的正常變化。這種區(qū)分可通過適當選擇采樣頻率、放大器增益和其他系統(tǒng)參數(shù)、優(yōu)化傳感器在接觸鏡片上的放置、確定眼瞼位置模式、記錄環(huán)境光、將各光傳感器與相鄰光傳感器和所有光傳感器進行比較、以及通過其他技術獨特地辨別眼瞼位置來實現(xiàn)。

在該實施方案中，adc1410可用于將來自放大器1406的連續(xù)模擬信號輸出通過復用器轉換成適合于進一步信號處理的采樣數(shù)字信號。例如，adc1410可將來自放大器1406的模擬信號輸出轉換成可供后續(xù)或下游電路(例如數(shù)字信號處理系統(tǒng)或微處理器1416)使用的數(shù)字信號。數(shù)字信號處理系統(tǒng)或數(shù)字信號處理器1416可用于數(shù)字信號處理，包括對采樣的數(shù)據(jù)進行過濾、處理、檢測以及以其他方式操縱/處理中的一種或多種，從而允許入射光檢測供下游使用?？墒褂酶鞣N眼瞼位置和/或閉合模式對數(shù)字信號處理器1416進行預編程。在至少一個實施方案中，數(shù)字信號處理器1416還包括相關聯(lián)的存儲器。數(shù)字信號處理器1416可利用模擬電路、數(shù)字電路、軟件、和/或它們的組合來實現(xiàn)。adc1410連同相關聯(lián)的放大器1406和數(shù)字信號處理器1416以與前述采樣速率一致的合適速率激活，例如每一百(100)ms激活一次。

功率源1418為包括眼瞼位置傳感器系統(tǒng)1400的多個部件提供功率。功率源1418也可用于向接觸鏡片上的其他部件提供功率。功率可由電池、能量采集器或本領域普通技術人員已知的其他合適裝置提供。實質上，可利用任何類型的功率源1418來為系統(tǒng)的所有其他部件提供可靠的功率。眼瞼位置傳感器陣列模式經過從模擬到數(shù)字的處理后，能夠致動系統(tǒng)控制器1412或系統(tǒng)控制器1412的一部分。此外，系統(tǒng)控制器1412可根據(jù)來自數(shù)字信號處理器1408的輸入來控制加電式接觸鏡片的其他方面，例如致動數(shù)據(jù)管理器1414。

現(xiàn)在參見圖15，其中示出設置于接觸鏡片上的三個不同的垂直位置處的三個光傳感器的輸出特性。輸出特性可表示與每個光傳感器上的入射光成比例的電流，或者可表示下游信號，例如在adc(圖14b中的元件1410)的輸出中的數(shù)字采樣數(shù)據(jù)值與時間的關系。總入射光1502增加、保持穩(wěn)定、然后下降，例如當從黑暗的房間走到明亮的走廊再回到黑暗的房間時。如果眼瞼保持打開，則所有三個光傳感器1504、1506和1508都將輸出與環(huán)境光相似的信號，由光傳感器1504和光傳感器1508的虛線1501和虛線1503示出。除了環(huán)境光水平1502改變，位置1510指示眼瞼的部分閉合，其與眼瞼打開位置1512和1514所指示的不同。當眼瞼部分閉合時，上部的光傳感器1504被上眼瞼覆蓋，并由于眼瞼對光傳感器的阻擋而輸出相應較低的水平。盡管環(huán)境光1502在增加，但由于部分閉合的眼瞼，光傳感器1504接收較少的光并輸出較低的信號。對于逐漸被覆蓋的光傳感器1508，觀察到相似的響應。瞇眼期間中間傳感器1506不被覆蓋，從而繼續(xù)看見光水平增加，并且輸出水平也相應增加。雖然該示例僅示出一種具體情況，但傳感器位置的各種配置和眼瞼運動如何被檢測到也是顯而易見的。

圖16a和圖16b示出結合到接觸鏡片1602中的另選的檢測系統(tǒng)1600。圖16a示出接觸鏡片1602上的系統(tǒng)1600，并且圖16b示出系統(tǒng)1600的分解圖。在該實施方案中，利用電容式觸摸傳感器1604來代替光傳感器。在另選的實施方案中，除光傳感器之外還利用電容式觸摸傳感器1604。電容式觸摸傳感器在電子業(yè)中十分常見，例如用于觸摸屏顯示器中。其基本原理是，以物理方式實現(xiàn)可變電容器1604，使得電容隨著接近或觸摸而變化，例如通過實現(xiàn)由電介質覆蓋的網(wǎng)格。傳感器調節(jié)器1606產生與電容成比例的輸出信號，例如，通過測量具有可變電容器的振蕩器的變化，或通過使用固定頻率的ac信號感測可變電容器與固定電容器的比率。傳感器調節(jié)器1606的輸出可以與復用器1608相結合以減少下游電路。在該實施方案中，為簡明起見，省略了上文結合圖14所述的信號調節(jié)電路。系統(tǒng)控制器1610通過復用器1608接收來自電容式傳感器調節(jié)器1606的輸入，例如通過按順序激活每個傳感器并記錄值。然后，其可將測量值與預先設定的模式和歷史樣本進行比較，以確定眼瞼的位置。電容式觸摸傳感器1604可以與前述光傳感器的模式相似的物理模式進行布局，但將使用眼瞼位置對其進行優(yōu)化以用于檢測電容的變化。傳感器并且就此而言整個電子系統(tǒng)，都將被封裝并與接觸鏡片的鹽水環(huán)境隔離。當眼瞼覆蓋傳感器1604時，將檢測到電容的變化而不是如前所述的環(huán)境光的變化。圖16b還示出在至少一個實施方案中包括功率源1614。

重要的是應注意，如果需要，可根據(jù)電容式觸摸傳感器利用adc和數(shù)字信號處理電路，如針對圖14b的光傳感器所示。在另選的實施方案中，電容式觸摸傳感器為任何壓力傳感器。在另一個實施方案中，鏡片上存在光傳感器和壓力傳感器的組合。

圖17a至圖17d示出了另選的實施方案，其中眼瞼位置傳感器系統(tǒng)是具有沿接觸鏡片1702覆蓋多個垂直點的帶的傳感器，該帶與電路1700結合運作?？删哂袔顦嬓偷膫鞲衅鞯囊粋€示例是電容式傳感器。圖17a示出一個示例，其中帶1708在接觸鏡片1702上基本上是直的。雖然帶1708被示出為與平分接觸鏡片1702的線平行取向，但其可具有相對于平分線成角度的取向或呈弧形。圖17b示出一個示例，其中帶1708a沿接觸鏡片1702采用螺線型路徑。在圖17c所示的實施方案中，當眼瞼接近閉合狀態(tài)時，帶1708b的螺線型構型將增大由電路1700檢測到的電容變化。電容變化程度將轉化為眼瞼閉合量?？删哂袔顦嬓偷膫鞲衅鞯牧硪粋€示例是具有隔膜和呈帶狀構型的基部的壓電式壓力換能器。當眼瞼閉合時，眼瞼將對壓電式壓力換能器施加另外的壓力，從而使得有能力確定眼瞼閉合水平。沿垂直軸線的連續(xù)感測在多個傳感器上提供改進的顆粒度，從而提供改進的眼瞼位置測量。圖17d示出可結合帶狀傳感器1708，1708a，1708b使用的包括系統(tǒng)控制器1710、數(shù)據(jù)管理器1712和功率源1714的電路。在另一個另選的實施方案中，存在多個帶。成角度的和/或螺線型帶狀構型的優(yōu)點在于：即使接觸鏡片在佩戴者的眼睛上的取向不正確，仍可以檢測到眼瞼位置。

數(shù)字信號處理塊和系統(tǒng)控制器(圖14b中的1416和1412，分別為圖16b中的系統(tǒng)控制器1610和圖17d中的系統(tǒng)控制器1710)的活動取決于可用的傳感器輸入、環(huán)境和用戶反應。輸入、反應和決策閾值可根據(jù)以下中的一者或多者來確定：眼科研究、預編程、訓練、以及自適應性/學習算法。例如，眼瞼運動的一般特性可被充分記錄于文獻中、適用于廣泛的使用者人群、以及被預編程到系統(tǒng)控制器中。然而，個體與一般預期響應和/或眨眼頻率變化的偏差可被記錄于自適應性/學習算法的訓練會話或部分中，所述算法在電子式眼科裝置的操作中繼續(xù)完善響應。在一個實施方案中，使用者可通過在使用者想要聚焦于近處時激活與裝置通信的手持式短表鏈來訓練所述裝置。裝置中的學習算法可接著參考在短表鏈信號之前與之后所存儲的傳感器輸入，以完善內部決策算法。該訓練周期可持續(xù)一天，然后裝置將僅靠傳感器輸入來自主地操作，并且不需要短表鏈。

圖18a和圖18b示出用于檢測眼睛在例如睡眠期間的運動的示例性眼運動傳感器系統(tǒng)1800。傳感器1802檢測瞳孔或者更一般地檢測眼睛的運動和/或位置。傳感器1802可作為多軸加速度計在接觸鏡片1801上實現(xiàn)。通過接觸鏡片1801附連到眼睛并且大致與眼睛一起運動，接觸鏡片1801上的加速度計可跟蹤眼睛運動。重要的是應注意，任何合適的裝置都可用作傳感器1802，并且可利用多于一個的單個傳感器1802。由信號處理器1804對傳感器1802的輸出進行采集、采樣和調節(jié)。信號處理器1804可包括任何數(shù)量的裝置以接收來自傳感器1802的數(shù)據(jù)并以合適的格式為系統(tǒng)1800的剩余部件生成輸出，所述裝置包括放大器、互阻抗放大器、模數(shù)轉換器、過濾器、數(shù)字信號處理器和相關電路。數(shù)字信號處理器1804可利用模擬電路、數(shù)字電路、軟件和/或它們的組合來實現(xiàn)。在至少一個實施方案中，信號處理器1804和傳感器1802被制造在同一集成電路管芯上。用于采集和調節(jié)加速度計的傳感器電路不同于用于肌肉活動傳感器或光瞳跟蹤器的電路。在至少一個實施方案中，信號處理器1804的輸出為經采樣的數(shù)字流并且可包括絕對位置或相對位置、運動、所檢測的與會聚一致的注視、或者其他數(shù)據(jù)。系統(tǒng)控制器1806從信號處理器1804接收輸入，并使用該信息結合其他輸入來確定佩戴者是否已睡著。系統(tǒng)控制器1806可觸發(fā)傳感器1802和信號處理器1804兩者的活動，同時接收它們的輸出。在沒有檢測到眼運動時，系統(tǒng)控制器1806使用來自信號處理器1804和/或收發(fā)器1810的輸入數(shù)據(jù)，根據(jù)傳感器1802在x、y、z軸上的取向來確定佩戴者是否正在躺下。如果坐標軸如圖18c所示，則當加速度計檢測到任一方向上的x軸中或任一方向上的z軸中的穩(wěn)定加速度時，佩戴者的頭部處于水平取向。當加速度計在負方向上的y軸中檢測到穩(wěn)定加速度時，佩戴者的頭部是豎直的。當加速度計檢測到y(tǒng)軸和z軸中的穩(wěn)定加速度，而在x軸上具有或不具有穩(wěn)定加速度時，佩戴者的頭部向前傾斜。

圖18a和圖18b示出通過天線1812接收和/或傳輸通信的任選的收發(fā)器1810。該通信可來自相鄰的接觸鏡片、眼鏡鏡片或其他裝置。收發(fā)器1810可被配置成與系統(tǒng)控制器1806雙向通信。收發(fā)器1810可包括收發(fā)器中常見的過濾、放大、檢測和處理電路。針對電子式或加電式接觸鏡片對收發(fā)器1810的具體細節(jié)進行定制，例如，通信可以處于合適的頻率、振幅和格式，以實現(xiàn)眼睛之間的可靠通信、低能耗并符合法規(guī)要求。收發(fā)器1810和天線1812可在射頻(rf)波段中工作，例如2.4ghz，或可使用光進行通信。從收發(fā)器1810所接收的信息輸入至系統(tǒng)控制器1806，例如指示取向的來自相鄰鏡片的信息。系統(tǒng)控制器1806也可將來自例如數(shù)據(jù)管理器1808的數(shù)據(jù)傳輸至收發(fā)器1810，該收發(fā)器接著通過天線1812通過通信鏈路傳輸數(shù)據(jù)。在另選的實施方案中，收發(fā)器1810和天線1812由眼瞼位置傳感器系統(tǒng)替代，以便通過如以上討論的光波和/或眨眼來提供通信。

系統(tǒng)控制器1806可作為現(xiàn)場可編程門陣列上、微控制器中或任何其他合適裝置中的狀態(tài)機實施。本文所述的系統(tǒng)1800和部件的動力由功率源1814提供，該功率源可包括電池、能量采集器或本領域普通技術人員已知的類似裝置。功率源1814也可用于向接觸鏡片1801上的其他裝置提供功率。

在至少一個實施方案中，瞳孔位置檢測系統(tǒng)1800被結合和/或換句話講被封裝并與接觸鏡片1801的鹽水環(huán)境相隔離。

在至少一個實施方案中，電子器件和電子互連件形成在接觸鏡片的周邊區(qū)域中而非光學區(qū)域中。根據(jù)另選的實施方案，重要的是應注意，電子器件的定位不必僅限于接觸鏡片的周邊區(qū)域。本文所述的所有電子部件均可利用薄膜技術和/或透明材料制成。如果利用這些技術，則電子部件可置于任何適合的位置，只要它們與光學器件兼容即可。

在如圖19所示的至少一個實施方案中，接觸鏡片1900包括傳感器1910，以檢測從鏡片存儲盒移除和將接觸鏡片插入佩戴者的眼睛中的至少一項。在至少一個實施方案中，將接觸鏡片插入佩戴者的眼睛中將通過系統(tǒng)控制器1920激活睡眠監(jiān)測。在另一個實施方案中，插入將啟動數(shù)據(jù)管理器1922中的累加器以運行。提供檢測的傳感器的示例包括但不限于壓力傳感器、簧片開關、鹽度傳感器、生物傳感器和電容式傳感器。在至少一個實施方案中，這些傳感器結合光傳感器工作，以檢測從存儲容器中移除接觸鏡片后存在的光。在傳感器實施方案的另一個實施方案中，在檢測到正在被監(jiān)測以節(jié)省功率同時允許檢測接觸鏡片從眼睛移除的事件后，用于監(jiān)測傳感器的采樣速率可以減小。在前述實施方案的另選的實施方案中，檢測到接觸鏡片被放置到眼睛上后，傳感器將被停用。

壓力傳感器可采用多種形式。一個示例是通過模數(shù)轉換器連接到系統(tǒng)控制器的朝后(或朝虹膜)的壓力傳感器。在至少一個實施方案中，朝后的壓力傳感器部分封裝在接觸鏡片中，而模數(shù)轉換器則完全封裝在接觸鏡片中并作為存在于接觸鏡片中的任何電路板的一部分包括在內。從壓力傳感器接收到超過插入閾值的信號后，系統(tǒng)控制器重置累加器，所述信號指示系統(tǒng)控制器應當開始收集數(shù)據(jù)。當來自壓力傳感器的信號隨后下降至低于插入閾值，從而指示接觸鏡片已被移除并且不需要進一步收集數(shù)據(jù)時，系統(tǒng)控制器向數(shù)據(jù)管理器發(fā)送信號以存儲當前累加器值。僅當系統(tǒng)控制器檢測到眼瞼打開時，系統(tǒng)控制器以預先確定的時間表對壓力傳感器采樣。壓力傳感器的另一個示例是將檢測從存在于存儲容器內的鹽水中移除壓力并將會提供激活接觸鏡片的其他功能的信號的壓力傳感器。壓力傳感器的另一個示例是具有叉指換能器(idt)的表面聲波諧振器。另一個示例是二進制的接觸式壓力傳感器，其檢測壓力是否存在，但不檢測壓力水平。

簧片開關的一個示例接通接觸鏡片中的電路，其通過在插入接觸鏡片后施加來自佩戴者眼睛的壓力，或者當從存儲容器中移除接觸鏡片時移除壓力以便使用，來為其他電路元件提供功率。當相應事件發(fā)生時，簧片開關將閉合并接通電路，從而實現(xiàn)系統(tǒng)控制器和電源之間的電連接。系統(tǒng)中的簧片開關使用的另一個示例是當開關被激活時提供二進制的輸出，該二進制的輸出指示開關將被閉合(或根據(jù)開關的取向，為打開)，與接通電路相反。

在至少一個實施方案中，鹽度傳感器和生物傳感器將檢測鹽度或存在于淚液中的其他化學物質?？杀槐O(jiān)測的物質的示例包括但不限于病原體、生物標記、活性劑和化學物質。生物標記的一個示例是與系統(tǒng)控制器電連通的電阻片，其能夠與被監(jiān)測的物質結合，使得當存在的物質的量增加時電阻增大。另一個示例是包含一種物質、材料或可與特定分子發(fā)生反應的混合物的反應管，其中反應將指示所監(jiān)測的化學物質的存在。另一個示例是生物傳感器，其中一個表面被官能化以對某種物質具有親和性以及具有傳感器的電特性，例如電容或電壓響應于傳感器被官能化所得到的物質的存在而變化。在至少一個實施方案中，其中所監(jiān)測的化學物質涉及淚液中某些物質的濃度，反應可直接隨該物質而發(fā)生或可隨可指示所監(jiān)測物質的濃度的單獨物質而發(fā)生。在其他示例中，由于其他有電活性的生物組分可以影響具體管內的導電性，該管可內襯有選擇性屏障或包括選擇性屏障以使所監(jiān)測物質之外的其他物質帶來的干擾最小化。另選地，對于響應于所監(jiān)測物質的存在而具有增加的導電性的管，在存在所監(jiān)測物質的情況下該管可具有增加的電阻率。另外的示例將具有包含可選擇性地滲透特定物質或化學物質或對特定物質或化學物質有吸引力的材料的中空管。在這些示例的任一個中，除了提供二進制輸出以外，還可提供物質水平的刻度指示。

電容式傳感器可能是朝后的或朝前的。在至少一個實施方案中，傳感器將是允許佩戴者眼睛接觸的朝后的傳感器。在另一個實施方案中，一旦接觸導致電容改變使其高于插入閾值以指示接觸鏡片已被插入，傳感器就被停用或降低其采樣速率。然而，如果傳感器朝前，那么將會改變電容使其高于插入閾值的眼瞼之一的接觸將確認接觸鏡片的插入。在另一個實施方案中，朝前的電容式傳感器也將用于檢測眼瞼的位置。

在可包括多個傳感器的復雜系統(tǒng)(諸如具有數(shù)個電子部件的加電式眼科鏡片)中，優(yōu)選的是降低引發(fā)誤動作或睡眠確定誤報觸發(fā)的可能性。根據(jù)另一個另選實施方案，本發(fā)明涉及決策制定過程和/或投票方案，所述決策制定過程和/或投票方案利用來自多個傳感器的輸入來顯著降低根據(jù)不準確、不完整或錯誤的信息改變加電式眼科鏡片狀態(tài)的可能性、減少生理狀況改變、以及減少來自內部源和外部源的噪聲和/或干擾。例如，在睡眠檢測中，控制系統(tǒng)不應根據(jù)由于眼睛發(fā)炎等而造成的無規(guī)眨眼模式來確定睡眠開始。然而，通過來自單個傳感器的輸入或者來自單個傳感器或其他傳感器的錯誤信息，系統(tǒng)控制器可能作出不正確的決策。例如，在不知道施加到眼科鏡片的壓力的情況下，盡管佩戴者正在揉他們的眼睛并在壓力傳感器上施加比眼瞼壓力更大的壓力，但簡單地閉合眼瞼可觸發(fā)睡眠確定。在具有眼瞼位置傳感器的加電式眼科鏡片中，眼瞼運動也可以用作用于進行睡眠確定的觸發(fā)器。例如，當個體向下注視以聚焦在近距物體上時，眼瞼趨于垂下并且因此可以用于改變眼科鏡片的狀態(tài)。再次，如果僅利用單個輸入，則可能由于個人困乏并且其眼瞼垂下的實際情況而作出誤動作。所有這些傳感器都可以用作用于待通過結合到電子式或加電式眼科鏡片中的各個系統(tǒng)實現(xiàn)的動作的觸發(fā)器，并且所有這些傳感器都可能單獨地或者在有限組合中遇到錯誤。除了已經提到的旨在檢測與確定睡眠開始直接相關的某些方面的傳感器，還可使用其他傳感器以通過監(jiān)測環(huán)境條件、噪聲和干擾來改進狀態(tài)改變傳感器。例如，可以監(jiān)測環(huán)境光以改進眨眼檢測、眼瞼位置和瞳孔直徑傳感器的準確性。這種傳感器可以用于例如通過減少共模噪聲和干擾來增強其他傳感器。傳感器輸入可以用于記錄歷史讀數(shù)，復雜決策算法接下來會考慮這些歷史讀數(shù)，例如，其中一個復雜決策算法會同時考慮加速度計輸入和眼肌收縮來確定瞳孔位置。利用根據(jù)至少一個實施方案的投票方案可以降低確定佩戴者是否已入睡的過程中出現(xiàn)錯誤的可能性，并且還可允許更精確地測量。換句話講，對于待作出的任何給定確定而言，都存在可以用于檢查確定性證據(jù)或者增強用于由初級傳感器進行的給定確定的輸入的傳感器。同樣重要的是應注意，除此之外或在另選用途中，所感測的數(shù)據(jù)可只是被用作收集過程的一部分而非作為觸發(fā)事件。例如，所感測的數(shù)據(jù)可被收集、記錄和用于治療疾病。換句話講，還應當理解，利用這種傳感器的裝置可能不會以對使用者可見的方式改變狀態(tài)，相反，該裝置可以只是記錄數(shù)據(jù)。

現(xiàn)在參見圖20，其中示出通用系統(tǒng)，在該通用系統(tǒng)中，傳感器2002，2004，2006和2008用于確定睡眠是否開始和/或睡眠期間的事件。傳感器2002，2004，2006和2008可包括任何數(shù)量的可能輸入，其中包括眨眼動作、眼瞼位置、瞳孔位置、接觸鏡片取向、外部鏡片壓力等。傳感器的數(shù)量和類型由應用和使用者確定。每個傳感器2002，2004，2006和2008都可以具有容納在傳感器區(qū)塊、專用區(qū)塊內或者系統(tǒng)控制器2010內的自身信號調節(jié)裝置。系統(tǒng)控制器2010接受來自每個傳感器2002，2004，2006和2008的輸入。系統(tǒng)控制器接著按常規(guī)處理和比較輸入數(shù)據(jù)。基于這些輸入，系統(tǒng)控制器2010確定數(shù)據(jù)管理器2012是否應記錄任何讀數(shù)。例如，眼瞼下垂、低照度環(huán)境光和豎直的鏡片取向的組合可觸發(fā)系統(tǒng)控制器2010，來確定佩戴者困倦并向數(shù)據(jù)管理器2012發(fā)出信號來增加用于進行睡眠確定的至少一個傳感器系統(tǒng)的采樣速率。同樣地，眼瞼閉合、佩戴者的豎直取向和外部眼瞼壓力的組合可觸發(fā)系統(tǒng)控制器2010，來確定不存在睡眠開始并繼續(xù)正常操作。眼瞼閉合與佩戴者的水平取向的組合可觸發(fā)系統(tǒng)控制器2010，以確定睡眠開始并向警示機構發(fā)出信號以記錄數(shù)據(jù)，因為考慮到佩戴者的取向，該睡眠很可能是有意的睡眠。來自各個傳感器的輸入也可以用于改變系統(tǒng)控制器的構型，以改進決策性能，例如如果環(huán)境光減少，則控制器可以使光傳感器的增益增加。系統(tǒng)控制器還可以打開和/或關閉傳感器、提高和/或降低采樣速率、以及使系統(tǒng)發(fā)生其他改變以優(yōu)化性能。

圖21示出了方法，系統(tǒng)控制器(例如圖20中所示的系統(tǒng)控制器2010)通過該方法操作以對傳感器采樣并且確定睡眠狀態(tài)。第一步是對傳感器2102采樣。這可能需要觸發(fā)其他元件，以激活、預熱、校準、接受讀數(shù)、調節(jié)和輸出數(shù)據(jù)。系統(tǒng)控制器還可以根據(jù)編程值和當前數(shù)據(jù)(例如根據(jù)入射光歷史的光傳感器放大器的增益)向每個傳感器提供構型信息，或者這些設置可以由系統(tǒng)中的其他元件確定。然后該方法進行過濾和另外的調節(jié)2104，例如與模擬過濾相反的數(shù)字過濾，以及與基線或參考結果的比較。該步驟的目的是適當?shù)卣{節(jié)用于下一個步驟的輸入數(shù)據(jù)，使得可以作出準確、可重復的決策。然后確定來自每個傳感器的結果2106，例如，眼瞼位置和發(fā)射器-檢測器響應。該確定可以包括與預編程或可變閾值比較、與特定模式比較、或者任何其他的確定。匯總先前步驟得出的結果，加權結果并作出決策2108。在至少一個實施方案中，該步驟可包括針對使用者的訓練和優(yōu)選要求、保證在決策之前以對所有傳感器采樣、以及對每個傳感器的結果應用各種權重。在至少一個實施方案中，作出了在現(xiàn)實世界的噪聲和干擾存在的情況下可預見且可重復的決策。如果如以上所述地作出關于睡眠狀態(tài)的決策，那么記錄數(shù)據(jù)2110。無論關于睡眠狀態(tài)的決策如何，都要使系統(tǒng)返回采樣，使得可以進行另一組測量和確定2112。在至少一個實施方案中，執(zhí)行圖21中的過程所需的總時間足夠短，使得系統(tǒng)對使用者輸入產生響應，與個體如何與其所在環(huán)境自然地交互類似。例如，如果用于激活可變功率聚焦鏡片，那么類似于自然調節(jié)系統(tǒng)，系統(tǒng)應當在大約一(1)秒內改變焦點狀態(tài)。

應當理解，每個傳感器輸入都可能由于除了睡眠之外的原因發(fā)生變化。例如，由于體水化、鹽攝入、運作水平或者其他手段的改變，眼睛阻抗可能隨時間推移而發(fā)生變化。同樣，瞳孔直徑可能由于環(huán)境光水平的改變而發(fā)生變化。因此，應當顯而易見的是，組合多個傳感器輸入由于需要多于一個的輸入以與期望的焦距改變相關或者通過使用某些傳感器輸入以增強其他傳感器而減少了誤報觸發(fā)的機會。

還應當顯而易見的是，用于確定睡眠和/或對將在睡眠期間記錄的數(shù)據(jù)的選擇的每個傳感器的閾值以及傳感器的組合取決于許多變量，諸如安全性、響應時間、以及使用者偏好。投票方案的具體編程可以基于對多個受試者的臨床觀察以及為具體使用者定制的個體編程。投票方案中的參數(shù)可以取決于傳感器輸入，例如用于眨眼檢測的閾值和增益設置可以隨著環(huán)境光發(fā)生變化。

在另選的實施方案中，該系統(tǒng)還包括存儲器保存控制器，其與功率源和系統(tǒng)控制器電連通。在至少一個實施方案中，存儲器保存控制器是結合圖1a討論的資源管理系統(tǒng)140的示例。存儲器保存控制器以預先確定的頻率測試功率源以確定剩余的能量水平。當剩余能量降低至低于預先確定的能量閾值時，存儲器保存控制器向系統(tǒng)控制器發(fā)送不再對傳感器系統(tǒng)采樣的指令，以及發(fā)送信號使數(shù)據(jù)管理器記錄當前時間和/或累加器值的指令。然后提供功率以保持存在于接觸鏡片上的存儲器和/或數(shù)據(jù)存儲裝置中的數(shù)據(jù)。在另一個實施方案中，當電源發(fā)現(xiàn)可用能量水平低于低能量閾值時，系統(tǒng)將執(zhí)行以下中的至少一者：降低對加速度計和換能器中的至少一者的采樣速率；降低對至少一個傳感器的采樣速率；終止對加速度計和換能器中的至少一者的進一步采樣；終止對電源的進一步監(jiān)測；存儲基于累加器中的當前值的表示低能量的時間戳；從加速度計和換能器中的至少一者移除功率；以比第一采樣速率慢的第二眼瞼采樣速率來對眼瞼閉合采樣；對存儲讀數(shù)的存儲器提供功率；或這些的任何組合?；诒竟_，本領域的普通技術人員應當理解，特定實現(xiàn)方式可能僅具有這些可用選項中的一個，并且這預期由至少一種語言覆蓋。

預先確定的能量閾值是基于對維持對任何存儲器或數(shù)據(jù)存儲裝置的功率供應所需的功率的估計值。在另一個實施方案中，根據(jù)鏡片的當前運行時間來調整閾值，同時還促進存儲器和/或數(shù)據(jù)存儲裝置的估計的功率周期。如何隨時間變化調整閾值的一個示例是按每次經過預定時間(如在接觸鏡片中通過對周期采樣所測得)使寄存器遞減，。

在另一個實施方案中，結合傳感器系統(tǒng)的采樣完成能量水平測試，以比較功率源的能量水平與鏡片最大負荷下的閾值，如在傳感器系統(tǒng)提供讀數(shù)時發(fā)生的那樣。如果功率源的能量水平低于閾值，則很可能將要進行傳感器采樣，在下一個能量水平測試之前將耗盡功率源，使得傳感器系統(tǒng)由于可用功率不足而將提供不正確的讀數(shù)并且/或者存儲的數(shù)據(jù)將被損壞從而得到不可靠的數(shù)據(jù)集。

在經改進的另選實施方案中，在傳感器的非采樣周期內存儲器保存控制器在功率源上放置人工負載。示例性采樣時間周期包括但不限于1分鐘、2分鐘、5分鐘、10分鐘、15分鐘、20分鐘和30分鐘。測試功率源的其他示例包括但不限于，檢索負載電壓、引入特殊的測試波形以使電流脈沖輸出電池，并通過比較結果與預先確定的閾值來測量電壓降，該預先確定的閾值在另外的實施方案中可根據(jù)預期的剩余運行時間來向下調整。

在另一個另選的實施方案中，存儲器保存控制器監(jiān)測數(shù)據(jù)管理器以確定剩余空間。當數(shù)據(jù)管理器的存儲器中的剩余空間小于自由空間閾值時，存儲器保存控制器向系統(tǒng)控制器發(fā)送信號以執(zhí)行以下中的至少一者：終止對傳感器系統(tǒng)采樣以避免產生附加的要存儲的數(shù)據(jù)；向數(shù)據(jù)存儲裝置發(fā)送信號以將存儲器的標志設置為滿并且使用先入先出途徑使當前存儲的數(shù)據(jù)移位以提供附加的空間；以及從系統(tǒng)控制器和傳感器系統(tǒng)移除功率，使得只向數(shù)據(jù)存儲裝置供應功率。其他示例包括：存儲基于累加器中的當前值的表示存儲量低的時間戳；降低對加速度計和換能器中的至少一者的采樣速率；終止對加速度計和換能器中的至少一者的進一步采樣；將來自加速度計和換能器中的至少一者的未來讀數(shù)存儲在最早存儲在存儲器中的讀數(shù)之上；刪除與最低累加器讀數(shù)相關聯(lián)的所存儲的傳感器讀數(shù)，并且使存儲器中的剩余的所存儲的傳感器讀數(shù)和累加器讀數(shù)移位；以及這些示例的任何組合。

在上述實施方案的另一個實施方案中，存儲器保存控制器和/或資源管理系統(tǒng)是系統(tǒng)控制器的一部分。

在至少一個實施方案中，該系統(tǒng)還包括存儲箱。在至少一個實施方案中，該存儲箱包括外殼，該外殼具有基座和覆蓋件，它們沿著一個邊緣連接以相對于基座打開覆蓋件，從而允許將接觸鏡片放入外殼中的腔內。在另選的實施方案中，存儲箱可具有消毒、監(jiān)測、重新排序和外部連接功能。消毒功能將允許佩戴者使用鏡片較長時間。

圖22示出示例性存儲箱，該示例性存儲箱具有外殼2200、通信系統(tǒng)、存儲器、時鐘、電連通連接器2202和功率源2206。在另選的實施方案中，存儲箱包括輻射消毒基座單元2204，該輻射消毒基座單元2204容納于外殼(諸如先前描述的外殼和覆蓋件)內。電連通連接器2202可包括通用串行總線(usb)連接器或其他類型的連接器。連接器可包括用于傳送數(shù)據(jù)和電功率中的一者或二者的端子。在一些實施方案中，電連通連接器2202提供功率以操作輻射消毒基座單元2204。一些實施方案還可包括一個或多個電池2206或其他功率存儲裝置。在一些實施方案中，電池2206包括一個或多個鋰離子電池或其他可充電裝置。功率存儲裝置可通過電連通連接器2202接收充電電流。在至少一個實施方案中，輻射消毒基座單元2204通過存儲在電池2206中的功率進行操作。

在至少一個實施方案中，通信系統(tǒng)包括用于與插入的鏡片交互的天線(諸如射頻識別(rfid)天線)以及與所述天線電連通的控制器。在至少一個實施方案中，控制器與至少一個存儲器電連通，在至少一個實施方案中，該至少一個存儲器是閃存，如用于記憶棒中的閃存。交互的示例包括：對一個或兩個鏡片上的功率源進行再充電；將存儲在鏡片上的數(shù)據(jù)傳送到存儲箱中(或與存儲箱通信)的存儲器；以及將基于佩戴者具體特征的模板和遮罩從存儲箱傳送到至少一個鏡片。在另選的實施方案中，天線用于與外部裝置諸如計算機或智能電話通信。

在至少一個實施方案中，控制器被配置成將從至少一個鏡片接收的數(shù)據(jù)進行轉化和/或格式化，以基于數(shù)據(jù)傳送時與存儲箱上的當前時間相關的當前累加器讀數(shù)，來將時間戳信息改變成實際時間。在另選的實施方案中，存儲箱向鏡片發(fā)送信號以使累加器重置為零，并且處理器在存儲器中記錄累加器被重置為零的時間。在鏡片重新插入存儲箱之后，處理器記錄當前時間并確定采樣循環(huán)數(shù)。在采樣循環(huán)時長取決于當前進行的采樣對象和/或自鏡片移除后鏡片的操作狀態(tài)而有所不同的實施方案中，存儲箱根據(jù)如由存儲箱所測得的鏡片從存儲箱移除與鏡片返回到存儲箱之間的時間差，歸一化采樣周期。

在一些實施方案中，電連通連接器2102可包括簡單ac或dc電流源。在此類實施方案中，由于通過電連通連接器2102提供功率，可省略功率源2106。

眼內鏡片或iol是被植入眼中并替代晶狀體的鏡片。它可用于患有白內障的個體或者只是用于治療各種屈光缺陷。iol通常包括小塊塑性鏡片，其具有稱為觸覺體的塑性側支柱，以將鏡片保持在眼中的囊袋內的適當位置。本文所述的電子器件和/或部件中的任一種可以類似于接觸鏡片的方式結合到iol中。

圖23示出用于利用加電式眼科鏡片監(jiān)測睡眠的方法。如以上所討論的，存在用于激活加電式眼科鏡片2302的多種方式。在至少一個實施方案中，響應于加電式眼科鏡片的激活或可替代地響應于睡眠監(jiān)測操作狀態(tài)，啟動鏡片上的累加器以跟蹤時間的經過2304。系統(tǒng)控制器針對在第一采樣速率下眼瞼是否已經閉合來對眼瞼位置傳感器系統(tǒng)2306進行監(jiān)測。當系統(tǒng)控制器檢測到眼瞼已經閉合時，對眼運動傳感器系統(tǒng)(諸如加速度計和/或換能器)采樣2308。系統(tǒng)控制器確定來自眼運動傳感器系統(tǒng)的讀數(shù)是否超過閾值2310。在至少一個實施方案中，當超過閾值時，那么這指示rem睡眠。當超過閾值時，系統(tǒng)控制器從累加器檢索讀數(shù)2312，并且將累加器讀數(shù)與眼運動傳感器讀數(shù)一起存儲2314。系統(tǒng)控制器監(jiān)測眼運動傳感器來確定讀數(shù)何時低于閾值，以便在至少一個實施方案中，指示rem睡眠的結束，之后返回對眼瞼閉合讀數(shù)采樣2316。

在另選的實施方案中，一旦眼科鏡片被激活用于數(shù)據(jù)收集，就發(fā)生對來自眼瞼位置傳感器系統(tǒng)和眼運動傳感器系統(tǒng)的數(shù)據(jù)的采樣和存儲，不論累加器是開始還是未開始。數(shù)據(jù)傳送到外部裝置(例如，圖13b中的外部裝置1390)，以供在數(shù)據(jù)收集期間或在數(shù)據(jù)收集已經開始之后進行分析和/或回顧。在另一個實施方案中，采樣和存儲繼續(xù)，直到接收到指示數(shù)據(jù)收集結束的終止信號和/或資源管理系統(tǒng)確定所存在的可用資源不足為止。在另一個另選的實施方案中，代替存儲數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)酵獠垦b置。

在另一個實施方案中，利用存在于接觸鏡片上的光傳感器來測量光水平。光水平讀數(shù)由例如數(shù)據(jù)管理器作為初始光水平連同來自累加器的讀數(shù)一起存儲。系統(tǒng)控制器監(jiān)測光傳感器，以確定光水平改變何時發(fā)生，并且將來自累加器的當前讀數(shù)與光水平讀數(shù)一起存儲。這允許在眼瞼打開時監(jiān)測環(huán)境光水平，以允許分析睡眠模式。在另一個實施方案中，系統(tǒng)控制器將累加器讀數(shù)與持續(xù)時間閾值比較。當累加器超過持續(xù)時間閾值時，系統(tǒng)控制器對光傳感器采樣以確定當前光水平是否近似初始光水平讀數(shù)，使得當達到初始光水平時，終止睡眠監(jiān)測。在至少一個實施方案中，這允許減少對當前光水平的采樣和監(jiān)測，直到預計睡眠時間已經過去為止。

在至少一個實施方案中，對眼瞼位置傳感器和/或眼睛位置傳感器的采樣速率改變到第二采樣速率(例如，第二眼瞼采樣速率和第二運動采樣速率)。在至少一個實施方案中，第二采樣速率是更慢的，而在另一個實施方案中，第二采樣速率是更快的。

在至少一個實施方案中，接觸鏡片結合外部裝置執(zhí)行該方法，在至少一個實施方案中，該外部裝置提供存儲和/或處理能力。接觸鏡片在存儲讀數(shù)時還將讀數(shù)傳輸?shù)酵獠垦b置以供存儲。在另選的實施方案中，接觸鏡片并不存儲讀數(shù)，而是依賴于外部裝置來存儲讀數(shù)。在至少一個實施方案中，外部裝置將讀數(shù)連同基于外部裝置上的當前時間的時間戳一起存儲，而在另選的實施方案中，外部裝置調整時間戳以將接觸鏡片和外部裝置之間的傳輸時間考慮在內。在至少一個實施方案中，外部裝置利用例如攝像機或其他ccd來對光水平采樣，以將光水平與時間戳一起存儲在外部裝置上的存儲器中。在至少一個實施方案中，如先前所討論的，外部裝置可提供界面，該界面允許有關睡眠研究發(fā)起和睡眠研究終止的用戶輸入。

在圖24所示的另選的方法實施方案中，激活加電式眼科鏡片2402，盡管在至少一個實施方案中省略了這個步驟。系統(tǒng)控制器和/或數(shù)據(jù)管理器啟動累加器以跟蹤時間的經過2404。系統(tǒng)控制器對眼睛位置傳感器(諸如加速度計或換能器)采樣2406，其中在至少一個實施方案中，這種采樣發(fā)生至少一次。系統(tǒng)控制器將從眼睛位置傳感器接收的讀數(shù)與閾值進行比較2408，使得當超過閾值時，系統(tǒng)控制器和/或數(shù)據(jù)管理器：從累加器檢索讀數(shù)2410；存儲累加器讀數(shù)和眼睛位置傳感器讀數(shù)2412；并且確定稍后采樣的讀數(shù)是否低于閾值2414，使得當讀數(shù)低于閾值時，存儲rem結束的指示2416。在至少一個實施方案中，閾值是不同的值，而在另一個實施方案中，閾值是相同的閾值，其中閾值是第一閾值和第二閾值。在多種另選的實施方案中，除了圖23所示的方法之外所討論的實施方案與圖24所示的方法結合起作用。

在圖25所示的另選的方法實施方案中，激活鏡片2502，盡管在至少一個實施方案中省略了這個步驟。系統(tǒng)控制器和/或數(shù)據(jù)管理器啟動累加器以跟蹤時間的經過2504。系統(tǒng)控制器對眼睛位置傳感器(諸如加速度計或換能器)采樣2506，其中在至少一個實施方案中，這種采樣發(fā)生至少一次。系統(tǒng)控制器和/或數(shù)據(jù)管理器：從累加器檢索讀數(shù)2508；然后存儲累加器讀數(shù)和眼睛位置傳感器讀數(shù)2510。在至少一個實施方案中，重復采樣步驟、檢索步驟和存儲步驟，直到方法的停用或終止發(fā)生，其中示例包括先前討論的各種方法。

盡管所示出和描述的據(jù)信是最為實用和優(yōu)選的實施方案，但顯而易見的是，本領域的技術人員可對所描述和所示出的具體設計和方法作出變更，并且可在不脫離本發(fā)明的實質和范圍的情況下使用這些變更形式。本發(fā)明并不局限于所描述和所示出的具體構造，而是應當理解為與落入所附權利要求書的范圍內的全部修改形式相符。