Привод линзы для электронной офтальмологической линзы с измеряемыми оптическими свойствами

Привод линзы для электронной офтальмологической линзы с измеряемыми оптическими свойствами

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА СМЕЖНЫЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящая заявка на патент испрашивает преимущество предварительной заявки на патент США № 61/619524, поданной 3 апреля 2012 года.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1.Область применения изобретения

Настоящее изобретение относится к офтальмологической линзе с электропитанием или электронной офтальмологической линзе с изменяемыми оптическими свойствами, более конкретно относится к электронным схемам для обеспечения электропитанием электронной офтальмологической линзы с изменяемыми оптическими свойствами.

2. Обзор информации по теме заявки

Поскольку размеры электронных устройств продолжают уменьшаться, все более вероятным становится создание пригодных для ношения или встраивания микроэлектронных устройств для различных сфер применения. Такие сферы применения могут включать контроль биохимических процессов в организме, введение контролируемых доз лекарственных препаратов или терапевтических агентов с помощью различных механизмов, включая автоматические, в ответ на измерения или внешние сигналы управления, а также усиление работы органов или тканей. Примеры таких устройств включают инфузионные насосы для введения глюкозы, кардиостимуляторы, дефибрилляторы, вспомогательные желудочковые системы и нейростимуляторы. Новую особенно ценную сферу применения создают пригодные для ношения офтальмологические линзы и контактные линзы. Например, пригодная для ношения линза может включать узел линзы, имеющий фокус с возможностью электронного регулирования для дополнения или улучшения функции глаза. В другом примере пригодная для ношения контактная линза, с фокусом с возможностью регулирования или без него, может включать электронные датчики для распознавания концентраций конкретных химических веществ в прекорнеальной (слезной) пленке. Применение встроенных в узел линзы электронных компонентов определяет потенциальную потребность в установлении связи с такими электронными компонентами, способе подачи питания и/или повторной зарядки электронных компонентов, взаимном соединении электронных компонентов, внутреннем и внешнем сборе информации с датчика и/или контроле, а также в управлении электронными компонентами и всей работой линзы.

Человеческий глаз способен различать миллионы цветов, легко адаптироваться к меняющимся условиям освещения и передавать сигналы или информацию в мозг со скоростью, превышающей скорость высокоскоростного Интернет-соединения. Линзы, такие как контактные линзы и интраокулярные линзы, в настоящее время применяют для коррекции таких дефектов зрения, как миопия, гиперметропия и астигматизм. Однако правильно сконструированные линзы, которые содержат дополнительные компоненты, можно использовать как для улучшения зрения, так и для коррекции дефектов зрения.

Традиционные контактные линзы представляют собой полимерные структуры конкретной формы, предназначенные для коррекции различных проблем со зрением, которые были кратко описаны выше. Для обеспечения улучшенной функциональности в такие полимерные структуры встраивают различные электрические схемы и компоненты. Например, схемы управления, микропроцессоры, устройства связи, блоки питания, датчики, исполнительные устройства, светоизлучающие диоды и миниатюрные антенны могут быть встроены в контактные линзы с помощью изготовленных на заказ оптоэлектронных компонентов, предназначенных не только для коррекции зрения, но и для его улучшения и обеспечения дополнительных функциональных возможностей, как описано в настоящем документе. Электронные контактные линзы и/или контактные линзы с электропитанием могут быть выполнены с возможностью улучшения зрения за счет способности к увеличению или уменьшению изображения или простого изменения рефракционных свойств линз. Электронные контактные линзы и/или контактные линзы с электропитанием могут быть выполнены с возможностью улучшения цветовосприятия и разрешения, отображения текстовой информации, распознания устной речи и ее представления в виде текста в режиме реального времени, отображения визуальных подсказок навигационной системы, обеспечения обработки изображений и доступа в Интернет. Линзы могут быть выполнены таким образом, чтобы в процессе их ношения пользователь мог видеть в условиях низкой освещенности. Правильно сконструированные электронные компоненты и/или расположение электронных компонентов на линзах могут позволить проецировать изображение на сетчатку, например, без оптической линзы с переменным фокусом, что позволяет отображать новое изображение или даже активировать сигналы будильника. С другой стороны или в дополнение к любым из этих или аналогичных функций контактные линзы могут включать компоненты неинвазивного контроля биомаркеров и показателей здоровья пользователя. Например, встроенные в линзу датчики могут позволять пациенту, страдающему диабетом, принимать таблетки в соответствии с уровнем сахара в крови, выполняя анализ компонентов слезной пленки без забора крови. Кроме того, правильно выполненная линза может включать датчики для контроля содержания холестерина, натрия и калия, а также других биологических маркеров. В сочетании с беспроводным блоком передачи данных они могут позволить врачу получать практически немедленный доступ к результатам биохимического анализа крови пациента, при этом пациент может не тратить время на посещение лаборатории и забор крови. Кроме того, встроенные в линзы датчики можно использовать для распознавания падающего на глаз света с целью компенсации освещения окружающей среды или определения шаблонов моргания.

Надлежащая комбинация устройств может обеспечить потенциально неограниченную функциональную возможность, однако существует ряд сложностей, связанных с встраиванием дополнительных компонентов во фрагмент полимера оптического качества. По существу по множеству причин производство таких компонентов непосредственно на линзе, а также монтаж и взаимное соединение плоских устройств на неплоской поверхности затруднительны. Также затруднительно производство компонентов в масштабе. Компоненты, которые размещаются на или в линзе, нужно уменьшить в размере и встроить в прозрачный полимер размером 1,5 квадратных сантиметра с обеспечением защиты этих компонентов от жидкой среды глаза. Также затруднительно изготовление контактной линзы, которая будет комфортна и безопасна для пользователя при ношении с учетом дополнительной толщины дополнительных компонентов.

Учитывая ограничения площади и объема офтальмологического устройства, такого как контактная линза, и среду ее эксплуатации, при физической реализации устройства необходимо решить ряд проблем, включая монтаж и взаимное соединение ряда электронных компонентов на неплоской поверхности, в основном содержащей пластмассу оптического качества. Таким образом, существует необходимость в создании надежной электронной контактной линзы с механическими и электронными компонентами.

Поскольку эти линзы подключены к электропитанию, существует проблема с доставкой энергии или, более конкретно, тока, который приводит в действие электронные компоненты, учитывая, что технология батарей должна применяться в масштабе офтальмологической линзы. В дополнение к обычному потреблению тока устройства или системы с электропитанием такого типа по существу требуют запас тока в холостом режиме, точное управление напряжением и возможности переключения для обеспечения эксплуатации в потенциально широком диапазоне эксплуатационных параметров, а также при пиковом потреблении, например, до 18 (восемнадцати) часов от одной зарядки после потенциального отсутствия активности в течение нескольких лет.

Как правило, коррекция зрения и потенциально улучшение зрения достигаются при использовании очковых линз, контактных линз, интраокулярных линз (ИОЛ) и других офтальмологических устройств с помощью оптических элементов с неизменяемыми свойствами. Например, очковые или контактные линзы для лечения миопии (близорукости) содержат линзы со сферической оптической силой для коррекции фокуса на сетчатке с целью компенсации дефектов роговой оболочки и/или хрусталика глаза. Бифокальные корректирующие линзы могут содержать линзовую вставку с оптической силой, отличной от основной линзы. В более усовершенствованных конфигурациях используют градиент, зону или другие схемы для изменения корректирующей оптической силы на линзе. Однако, поскольку такие линзы имеют неизменяемые оптические свойства, они не соответствуют естественной реакции человеческого глаза, которая представляет собой действие с переменным фокусом, достигаемое путем изменения оптической силы хрусталика глаза. У людей с пресбиопией естественная способность глаза к аккомодации к различным фокусным расстояниям в значительной степени снижена, что приводит к потере функции глаза и становится источником раздражения. Результаты последних исследований в данной области включали очковые линзы и даже ИОЛ с некоторой степенью динамической аккомодации, например, электронные очковые линзы или ИОЛ, соединенные с микрозонами глаза для изменения оптической силы линзы в ограниченном диапазоне. Такие существующие системы ограничены лишь небольшим диапазоном аддидации, возможно, только +1 диоптрией, требуют ношения очковых линз, хирургического вмешательства для имплантации ИОЛ и имеют другие недостатки.

Существует несколько типов технологий для получения линз с электронной регулировкой, включая жидкокристаллические линзы, линзы из электроактивных полимеров, электромеханические линзы, переменные жидкостные линзы и жидкостные менисковые линзы. Такие линзы с электронной регулировкой требуют использования исполнительного устройства и электронного устройства для изменения фокусного расстояния линзы. Например, в жидкостной менисковой линзе или линзе из электроактивного полимера физические параметры линзы модулируются приложенным напряжением и/или током от исполнительного устройства, что приводит к изменению фокусного расстояния линзы. Как линзы с переменными свойствами, так и их исполнительные устройства, известные также как приводы линзы, доступны в продаже для различных сфер применения, таких как камеры для смартфонов, а также для промышленных сфер применения. Подходящих линз и исполнительных устройств для офтальмологических устройств, таких как контактные линзы и ИОЛ, не существует.

Как правило, электронным линзам или линзам с электропитанием требуется более высокое напряжение, чем доступно непосредственно от батареи. Например, для обеспечения максимального изменения фокусного расстояния линзы с электропитанием может потребоваться 60 (шестьдесят) вольт, однако выходное напряжение стандартных батарей составляет менее 4 (четырех) вольт. Стандартные приводы линзы включают схему умножителя напряжения для получения высокого выходного напряжения от источника низкого напряжения. В данной области известно множество конфигураций таких устройств. Умножитель напряжения по существу представляет собой устройство преобразования напряжения и тока, аналогичного по принципу действия электрическому трансформатору с неодинаковым числом витков в первичной и вторичной обмотках. В то время как трансформатор работает на переменном токе, умножитель напряжения работает от источника постоянного тока, такого как батарея. Умножитель напряжения может содержать схему с накачкой заряда. Этот тип схемы хорошо известен в области электроники.

Доступные в настоящее время приводы линзы имеют множество недостатков, которые делают их непригодными для использования в офтальмологических устройствах, таких как контактные линзы и ИОЛ. Потребляемый стандартными приводами линзы ток составляет порядка от приблизительно 1 (одного) до более 100 (ста) миллиампер. Несмотря на то что такое потребление тока является приемлемым для подключенной к электрической сети роботизированной производственной системы или даже для фотоаппарата или смартфона с относительно большой батареей, оно недопустимо большое для источника питания в офтальмологическом устройстве. Такие источники питания, реализованные в виде батарей, устройств сбора энергии и/или конденсаторов, как правило, ограничены током лишь 30 (тридцать) микроампер или менее. Для офтальмологического устройства критическими параметрами являются как потребление тока в активном режиме, то есть ток, потребляемый приводом линзы при активации линзы с электропитанием, так и потребление тока в режиме ожидания, то есть ток, потребляемый, когда привод устройства не управляет линзой с электропитанием.

Стандартные линзы с электронной регулировкой и их приводы линзы разрабатывают для конкретных сфер применения и не оптимизируют для использования в офтальмологическом устройстве. Например, некоторые линзы допускают непрерывное изменение фокусного расстояния в диапазоне от нескольких миллиметров до бесконечности, то есть в диапазоне до 30 (тридцати) диоптрий или более. Коммерческие линзы и приводы должны изменять фокусное расстояние очень быстро, возможно, в пределах менее 100 (ста) миллисекунд. Как известно в данной области, для офтальмологических линз может потребоваться изменение фокусного расстояния лишь за 1 (одну) или 2 (две) секунды - стандартное время, требуемое для изменения фокусного расстояния глаза в естественных условиях. Стандартные системы линзы и системы приводов, предназначенные для коммерческих и промышленных сфер применения, должны работать в течение многих лет при значительных изменениях фокусного расстояния много раз в день. В отличие от них, некоторые офтальмологические устройства, такие как контактные линзы, могут быть предназначены для однократного применения в течение лишь 18 (восемнадцати) часов.

Стандартные приводы линзы реализуют с дискретными электронными компонентами или интегральными схемами (ИС). Даже когда приводы линзы реализуют в виде ИС, они могут требовать внешние компоненты, такие как конденсаторы, а физические размеры кристалла привода линзы могут составлять 2 (два) квадратных миллиметра или более при толщине в несколько сотен микрон, что также представляет собой проблему.

Как правило, для приведения в действие линз с электрическим управлением требуется напряжение от 10 (десяти) до 60 (шестидесяти) вольт. Таким образом, приводы линзы для этих устройств должны генерировать высокое напряжение, достаточное для активации линзы с электропитанием. Приводы линзы можно программировать для изменения выходного напряжения, посредством этого модулируя оптическую силу линзы с электропитанием.

Вследствие требований к скорости, надежности и точности модуляции оптической силы линзы в широком диапазоне фокусных расстояний в стандартных приводах линзы для жидкостных менисковых линз используют приводы переменного тока. Такой привод переменного тока быстро переключает полярность приложенного к линзе напряжения с положительного на отрицательное и обратно с частотой 1 кГц (один килогерц). Этот способ создания привода обеспечивает преимущества в существующих коммерческих сферах применения, но также значительно повышает потребляемый ток относительно альтернативного способа реализации привода постоянного тока. Жидкостную менисковую линзу можно смоделировать как конденсатор, поэтому требуемая для зарядки такого конденсатора энергия составляет 1/2×C×V², где C - емкость линзы, а V - приложенное напряжение. Емкость жидкостной линзы составляет приблизительно 200 пФ (двести пикофарад). Очевидно, что стандартный высоковольтный привод линзы должен обеспечивать и потреблять значительную мощность, так как емкость линзы необходимо перезаряжать с высокой скоростью.

Таким образом, существует потребность в приводе линзы для офтальмологической линзы с электропитанием, которая оптимизирована для низкозатратной работы, долгосрочной надежной службы, обеспечения безопасности, небольших размеров и скорости работы и при этом обеспечивает требуемую мощность для управления оптическим элементом с переменным фокусом.

ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Привод линзы, включая электронную схему для подключения электропитания к электронной офтальмологической линзе настоящего изобретения, содержащей оптический элемент с переменным фокусом, лишен недостатков, характерных для устройств предшествующего уровня техники, кратко описанных выше.

В соответствии с одним примером осуществления настоящее изобретение относится к офтальмологическому прибору. Офтальмологический прибор содержит офтальмологическое устройство, выполненное с возможностью использования по меньшей мере в одном из режимов - на глазу или в глазу, встроенную в офтальмологическое устройство электронную систему, при этом электронная система содержит систему управления, по меньшей мере одно исполнительное устройство линзы и систему питания, включающую один или более источников питания, при этом электронная система выполнена с возможностью обеспечения низкого энергопотребления, а также встроенный в офтальмологическое устройство оптический элемент, при этом оптический элемент имеет электронно регулируемое фокусное расстояние, выбранное с возможностью выполнения по меньшей мере одного из коррекции зрения и улучшения зрения, при этом оптический элемент функционально связан с электронной системой.

Настоящее изобретение относится к контактной линзе с электропитанием, содержащей электронную систему, выполняющую любое количество функций, включая активацию оптического элемента с переменным фокусом. Электронная система включает одну или более батарей или других источников питания, схему управления питанием, один или более датчиков, схему тактового генератора, схему управления, выполняющую применимые управляющие алгоритмы, и схему привода линзы.

Схема приводного устройства линзы или привода линзы генерирует подходящее напряжение смещения для активации оптического элемента с переменным фокусом. Он активируется системным контроллером, системой управления или схемой управления, принимает ток от схемы управления питанием и принимает тактовый сигнал от схемы тактового генератора. Схема исполнительного устройства линзы или привода линзы содержит один или более источников питания, один или более генераторов напряжения смещения и одну или более переключающих схем. Схема привода линзы преобразует напряжение уровня батареи в напряжение смещения, подходящее для активации линзы с переменным фокусом. Она также включает схему для переключения напряжения смещения, подаваемого на линзу с переменным фокусом, например, обеспечивая соединение с проводом заземления, с точкой высокого потенциала, смену полярности напряжения и отключение от источника напряжения.

В одном примере осуществления оптический элемент с переменным фокусом представляет собой электросмачиваемое устройство, требующее высокое напряжение для изменения фокуса. Привод линзы для такого оптического элемента с переменным фокусом преобразует напряжение уровня батареи в высокое напряжение смещения, например, генерируя выходное напряжение 25 В при входном напряжении 2 В. В другом примере осуществления оптический элемент с переменным фокусом представляет собой электромеханическое или электрожидкостное устройство. Привод линзы для такого оптического элемента с переменным фокусом может по существу отличаться от привода, требуемого для электросмачиваемого устройства, например, может требоваться конкретный сигнал привода определенной формы и обратная связь по состоянию линзы или оптического элемента. Однако функция офтальмологического устройства остается такой же, а именно электронное управление фокусным расстоянием в оптическом элементе линзы с переменным фокусом. В еще одном примере осуществления оптический элемент с переменным фокусом может содержать жидкокристаллическое устройство, требующее токового смещения.

Схема привода линзы настоящего изобретения обеспечивает безопасный, низкозатратный, долгосрочный и надежный источник питания с большим сроком службы в корпусе, размер которого позволяет использовать его на или в офтальмологическом устройстве, таком как контактная линза, без значительного воздействия на удобство или пригодность к ношению.

Для снижения потребления тока используют несколько способов в соответствии с настоящим изобретением, которые применимы для привода линзы для офтальмологического устройства. Снижение тока достигается посредством тщательного согласования требований привода линзы с оптическим элементом с переменным фокусом в линзе с электропитанием, при этом требования оптического элемента с переменным фокусом в линзе с электропитанием должны быть согласованы с требованиями офтальмологического устройства. Например, во избежание потерь на переключение в жидкостной менисковой линзе вместо привода переменного тока используют привод постоянного тока. Это возможно по причине того, что в некоторых примерах осуществления отсутствует необходимость в непрерывном изменении фокусного расстояния или требования по существу отличны от требований к существующим приводам линзы. Аддидация линзы может быть просто плоской (0 аддидация) и может быть равна +3 диоптриям. Дополнительно конфигурация конкретной жидкостной менисковой линзы в офтальмологическом устройстве снижает или устраняет необходимость в переключении полярности. В некоторых примерах осуществления выходное напряжение привода линзы не регулируется и не является частью цепи управления. Несмотря на то что для сфер применения с широким диапазоном изменений фокусного расстояния может быть необходима точная регулировка выходного напряжения привода линзы, такая точность не является обязательным требованием для всех офтальмологических сфер применения. Конфигурация линзы может допускать широкий диапазон напряжений привода для получения требуемого изменения фокусного расстояния. Как будет понятно специалисту в данной области, отказ от обратной связи значительно упрощает привод линзы с соответствующим усовершенствованием размера кристалла и потребления тока.

Потребление тока дополнительно снижается посредством тщательной проработки конфигурации привода линзы для офтальмологических сфер применения. Ток в активном режиме снижен до приблизительно 3 (трех) микроампер. Ток в режиме ожидания и хранения снижен до наноампер или пикоампер. Это достигнуто посредством использования известных в данной области способов, а также новых инновационных способов, более подробно описанных в настоящем документе.

Разработка конфигурации привода линзы вместе с линзой для офтальмологических сфер применения предлагает дополнительные усовершенствования привода линзы. Напряжение активации встроенного в линзу с электропитанием оптического элемента с переменным фокусом можно снизить с соответствующим снижением требований к выходному напряжению привода линзы, а также току и размеру привода линзы. Емкость и сопротивление встроенного в линзу с электропитанием оптического элемента с переменным фокусом могут быть оптимизированы, посредством этого снижая требования к выходному току привода линзы. Это также позволяет снизить размеры и потребление тока приводом линзы.

Размер и тип корпуса имеют критическое значение для пригодности использования привода линзы в офтальмологических сферах применения. Поэтому интеграция, топология размещения элементов и соединений между ними учитываются специально для использования в офтальмологии. Все компоненты привода линзы встроены на одной кремниевой интегральной схеме (ИС), что устраняет необходимость в использовании внешних компонентов, таких как дискретные конденсаторы для поверхностного монтажа. Размер кристалла снижен различными способами. Соединения между компонентами добавляют на этапе последующей обработки полупроводниковой пластины и специально разработаны для офтальмологической сферы применения. Толщина кристалла снижается, возможно, до размера от 30 (тридцати) до 100 (ста) микрон.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Описанные выше и другие характеристики и преимущества настоящего изобретения станут очевидными после изучения представленного ниже более подробного описания предпочтительных вариантов осуществления изобретения, проиллюстрированных с помощью сопроводительных чертежей.

На фигуре 1 представлена блок-схема примера системы линз с переменным фокусом в соответствии с настоящим изобретением.

На фигуре 2 схематически представлен пример схемы H-моста, соединенной с контактной линзой с электропитанием, которая имеет оптический элемент с переменным фокусом в соответствии с настоящим изобретением.

На фигуре 3 схематически представлен пример привода линзы с использованием диодной схемы с накачкой заряда в соответствии с настоящим изобретением.

На фигуре 4 графически представлен оптический отклик двух оптических элементов с переменным фокусом на приложенное напряжение в соответствии с настоящим изобретением.

На фигуре 5 схематически представлена топология печатной платы схемы привода линзы на дискретных элементах в соответствии с настоящим изобретением.

На фигуре 6 представлена блок-схема примера интерфейса между приводом линзы и оптическим элементом в соответствии с настоящим изобретением.

На фигуре 7 графически представлены формы входного сигнала для примера схемы с накачкой заряда в соответствии с настоящим изобретением.

На фигуре 8 схематически представлен альтернативный пример привода линзы с накачкой заряда в соответствии с настоящим изобретением.

На фигуре 9 графически представлен результат моделирования зависимости напряжения от времени в узлах на верхних выводах каждого конденсатора для примера схемы с накачкой заряда, изображенной на фигуре 8.

На фигуре 10 схематически представлен пример электронной вставки, включающей привод линзы, для контактной линзы с электропитанием в соответствии с настоящим изобретением.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Традиционные контактные линзы представляют собой полимерные структуры конкретной формы, предназначенные для коррекции различных проблем со зрением, которые были кратко описаны выше. Для обеспечения улучшенной функциональности в такие полимерные структуры встраивают различные электрические схемы и компоненты. Например, схемы управления, микропроцессоры, устройства связи, блоки питания, датчики, исполнительные устройства, светоизлучающие диоды и миниатюрные антенны могут быть встроены в контактные линзы с помощью изготовленных на заказ оптоэлектронных компонентов, предназначенных не только для коррекции зрения, но и для его улучшения и обеспечения дополнительных функциональных возможностей, как описано в настоящем документе. Электронные контактные линзы и/или контактные линзы с электропитанием могут быть выполнены с возможностью улучшения зрения за счет способности к увеличению или уменьшению изображения или простого изменения рефракционных свойств линз. Электронные контактные линзы и/или контактные линзы с электропитанием могут быть выполнены с возможностью улучшения цветовосприятия и разрешения, отображения текстовой информации, распознания устной речи и ее представления в виде текста в режиме реального времени, отображения визуальных подсказок навигационной системы, обеспечения обработки изображений и доступа в Интернет. Линзы могут быть выполнены таким образом, чтобы в процессе их ношения пользователь мог видеть в условиях низкой освещенности. Правильно сконструированные электронные компоненты и/или расположение электронных компонентов на линзах могут позволить проецировать изображение на сетчатку, например, без оптической линзы с переменным фокусом, что позволяет отображать новое изображение или даже активировать сигналы будильника. С другой стороны или в дополнение к любым из этих или аналогичных функций контактные линзы могут включать компоненты неинвазивного контроля биомаркеров и показателей здоровья пользователя. Например, встроенные в линзу датчики могут позволять пациенту, страдающему диабетом, принимать таблетки в соответствии с уровнем сахара в крови, выполняя анализ компонентов слезной пленки без забора крови. Кроме того, правильно выполненная линза может включать датчики для контроля содержания холестерина, натрия и калия, а также других биологических маркеров. В сочетании с беспроводным блоком передачи данных они могут позволить врачу получать практически немедленный доступ к результатам биохимического анализа крови пациента, при этом пациент может не тратить время на посещение лаборатории и забор крови. Кроме того, встроенные в линзы датчики можно использовать для распознавания падающего на глаз света с целью компенсации освещения окружающей среды или определения шаблонов моргания.

Контактная линза с электропитанием или электронная контактная линза, составляющая предмет настоящего изобретения, содержит элементы, которые необходимы для коррекции и/или улучшения зрения пациентов с одним или более из описанных выше дефектов зрения или выполнения полезных офтальмологических функций иным способом. Кроме того, они могут использоваться только для усиления нормального зрения или обеспечения широкого спектра вышеописанных функциональных возможностей. Электронная контактная линза может содержать оптическую линзу с переменным фокусом, оптическое устройство в сборе, устанавливаемое на переднюю поверхность глаза и встроенное в контактную линзу, или электронные компоненты, встроенные напрямую без линзы для обеспечения любых применимых функциональных характеристик. Электронная линза, составляющая предмет настоящего изобретения, может быть встроена в любое количество контактных линз, как описано выше. Кроме того, интраокулярные линзы также могут содержать различные компоненты и функции, описанные в настоящем документе. Однако для простоты объяснения описание будет посвящено электронной контактной линзе для коррекции дефектов зрения, которая предназначена для одноразового повседневного использования.

Настоящее изобретение относится к офтальмологическому устройству с электропитанием или контактной линзе с электропитанием, содержащей электронную систему, которая активирует оптический элемент с переменным фокусом или любое другое устройство или устройства, выполненные с возможностью реализации любого количества множества возможных функций. Электронная система включает одну или более батарей или других источников питания, схему управления питанием, один или более датчиков, схему тактового генератора, схему управления, выполняющую применимые управляющие алгоритмы, и схему привода линзы. Сложность этих компонентов может быть различной в зависимости от требуемой или желаемой функциональной возможности линзы с электропитанием или электронной линзы.

Важно отметить, что схема управления, системный контроллер или система управления может принимать любое количество входных сигналов для управления офтальмологической линзой с электропитанием или электронной офтальмологической линзой, например, контактной линзой, содержащей оптический элемент с изменяемой оптической силой или оптический элемент с переменным фокусом для увеличения удаленных объектов и уменьшения близкорасположенных объектов.

Система управления содержит одно или более устройств, выполненных с возможностью контроля, управления, направления и/или регулирования действий других устройств и/или систем. Несмотря на то что есть множество различных типов систем управления, их по существу можно разделить на два класса или типа, а именно логические или последовательностные системы управления и системы управления с обратной связью или линейные системы управления. В логической или последовательностной системе управления генерируются сигналы управления, которые являются выходными сигналами и в предварительно заданной последовательности инициируют ряд исполнительных элементов для решения одной или более задач. В системе управления с обратной связью петля управления, включающая один или более датчиков, алгоритмы управления и исполнительные устройства, выполнена с возможностью регулировать значение переменной в заданной точке или опорное значение. В любой системе управления с обратной связью необходимо знать следующее предполагаемое действие системы, чтобы понять, насколько хорошо работает система, и использовать информацию о характеристиках системы для корректировки и управления системой.

Компоненты основной системы управления с обратной связью можно описать следующим образом. Система управления содержит управляемую систему или объект и выполнена с возможностью принимать входной сигнал и генерировать выходной сигнал. Выходной сигнал объекта поступает на датчик, который измеряет один или более параметров объекта и обеспечивает сигнал обратной связи. Затем сигнал обратной связи посредством компаратора или иного подходящего устройства вычитается из входного сигнала с получением сигнала ошибки. Затем сигнал ошибки используется как входной сигнал для контроллера, который генерирует выходной сигнал, поступающий на объект, таким образом заставляя объект выполнить желаемое действие. По существу сигнал обратной связи с датчика пытается учесть все сложности системы в целом и генерирует выходной сигнал, который является желаемым результатом для заданного входного сигнала. Все системы управления разрабатывают в рамках конкретных законов управления, и они, как правило, представляют собой компромисс по различным аспектам, включая скорость и точность работы. Несмотря на то что это описание значительно упрощено и изложено в терминах применительно к аппаратному обеспечению, оно является основой для систем управления с обратной связью, которые можно реализовать аппаратным, программным образом или любой их комбинацией.

Системы управления с обратной связью можно дополнительно классифицировать на пропорциональные контроллеры, интегральные контроллеры, контроллеры с импульсом по производной или их комбинации. В пропорциональном контроллере управляющее действие пропорционально ошибке. В интегральном контроллере инициирующий сигнал или входной сигнал объекта пропорционален интегралу ошибки. В контроллере с импульсом по производной выходной сигнал процесса пропорционален скорости изменения входного сигнала. Каждый тип контроллера имеет свои преимущества, как хорошо известно в области систем управления. Например, при использовании интегрального контроллера можно достигнуть статической ошибки.

Последовательностный контроллер, как описано выше, представляет собой контроллер, в котором требуется выполнение ряда действий в конкретном порядке. Эти действия могут быть достаточно сложными, поскольку должны быть известны все условия всего процесса. Последовательностные контроллеры по существу содержат логические системы для выдачи последовательности команд для управления электрическими и/или механическими действиями. Программируемые логические контроллеры и микроконтроллеры можно запрограммировать для реализации последовательного управления.

В настоящем техническом описании используется термин «офтальмологическое устройство». В общем смысле офтальмологическое устройство может включать контактные линзы, интраокулярные линзы, линзы очков и пробки для слезного канальца. Однако в соответствии с настоящим изобретением офтальмологическое устройство является устройством для коррекции и/или улучшения зрения и предпочтительно включает по меньшей мере одну из очковых линз, контактных линз и интраокулярных линз. Интраокулярная линза (ИОЛ) представляет собой имплантированную в глаз линзу, заменяющую хрусталик. Она может применяться у людей с катарактой или просто для коррекции различных недостатков рефракции. Как правило, ИОЛ представляет собой небольшую пластиковую линзу