Система обнаружения морганий для электронной офтальмологической линзы

Система обнаружения морганий для электронной офтальмологической линзы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА СМЕЖНЫЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящая заявка на патент испрашивает преимущество предварительной заявки на патент США № 61/619,682, поданной 3 апреля 2012 года.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Область применения изобретения

Настоящее изобретение относится к офтальмологической линзе с электропитанием или электронной офтальмологической линзе, имеющей датчик и связанные с ним аппаратные и программные средства для обнаружения морганий человека, и, более конкретно, относится к датчику и связанным с ним аппаратным и программным средствам для обнаружения морганий и шаблонов морганий человека для активации и управления офтальмологической линзой с электропитанием или электронной офтальмологической линзой.

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 обнаружения 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 (близорукость), гиперметропия (дальнозоркость), пресбиопия и астигматизм. Однако правильно сконструированные линзы, которые содержат дополнительные компоненты, можно использовать как для улучшения зрения, так и для коррекции дефектов зрения.

Контактные линзы можно применять для коррекции миопии, гиперметропии, астигматизма и других дефектов остроты зрения. Контактные линзы также можно использовать для улучшения естественного внешнего вида глаз пользователя. Контактные линзы - это просто линзы, которые размещают на передней поверхности глаза. Контактные линзы относятся к медицинским устройствам и могут применяться для коррекции зрения и/или в косметических или иных терапевтических целях. Контактные линзы применяют в коммерческих масштабах для улучшения зрения с 1950-х г. Первые образцы контактных линз изготавливали или конструировали из твердых материалов. Такие линзы были относительно дорогими и хрупкими. Кроме того, такие первые контактные линзы изготавливали из материалов, которые не обеспечивали достаточной диффузии кислорода через контактную линзу в конъюнктиву и роговицу, что могло потенциально повлечь за собой ряд неблагоприятных клинических эффектов. Хотя такие контактные линзы используются и в настоящее время, они применимы не у всех пациентов вследствие низкого уровня первичного комфорта. Более поздние разработки в этой области привели к созданию мягких контактных линз на основе гидрогелей, которые сегодня чрезвычайно популярны и широко используются. В частности, доступные в настоящее время силикон-гидрогелевые контактные линзы сочетают преимущества силикона, отличающегося исключительно высокой кислородной проницаемостью, с признанным удобством при ношении и клиническими показателями гидрогелей. По существу такие силикон-гидрогелевые контактные линзы обладают более высокой кислородной проницаемостью, и их по существу удобнее носить, чем контактные линзы, изготовленные из применяемых ранее твердых материалов.

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 контактную линзу с помощью изготовленных на заказ оптоэлектронных компонентов, предназначенных не только для коррекции зрения, но и для его улучшения и обеспечения дополнительной функциональности, 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 обнаружения 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 такие 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. Соответственно, существует потребность в системе, оптимизированной для низкозатратной, продолжительной и надежной работы, обеспечивающей безопасность и размер и при этом требуемую мощность.

Кроме того, учитывая сложную функциональность линзы с электропитанием и высокий уровень взаимодействия между всеми компонентами, содержащими линзу с электропитанием, существует потребность в координации и управлении всей работой электронных и оптических компонентов, составляющих офтальмологическую линзу с электропитанием. Соответственно, существует потребность в системе, управляющей работой всех других компонентов, которая является безопасной, низкозатратной и надежной, имеет низкое энергопотребление и обеспечивает масштабируемость, что позволяет встроить ее в офтальмологическую линзу.

Офтальмологические линзы с электропитанием или электронные офтальмологические линзы, возможно, должны учитывать конкретные уникальные физиологические функции человека, использующего офтальмологическую линзу с электропитанием или электронную офтальмологическую линзу. Более конкретно, линзы с электропитанием, возможно, должны учитывать моргание, включая количество морганий за конкретный период времени, продолжительность моргания, временной интервал между морганиями и любое количество возможных шаблонов моргания, например, если пользователь засыпает. Процесс обнаружения морганий также можно использовать для реализации конкретной функциональности, например, моргание можно использовать как средство контроля одного или более аспектов офтальмологической линзы с электропитанием. Дополнительно при определении морганий необходимо учитывать внешние факторы, такие как изменения уровней освещения и количества видимого света, задерживаемого веком человека. Например, если уровень освещенности комнаты находится в диапазоне от 54 (пятидесяти четырех) до 161 (ста шестидесяти одного) люкса, фотодатчик должен быть достаточно чувствительным, чтобы обнаруживать изменения интенсивности света, происходящие при моргании.

Датчики освещения окружающей среды или фотодатчики используются во многих системах и изделиях, например, в телевизорах, чтобы регулировать яркость в соответствии с освещенностью комнаты, в светильниках, чтобы они включались при сумерках, а также в телефонах, чтобы регулировать яркость экрана. Однако такие используемые в настоящее время системы датчиков являются недостаточно маленькими и/или не обеспечивают достаточно низкое энергопотребление, чтобы их можно было встраивать в контактные линзы.

Также важно отметить, что возможна реализация разных типов детекторов моргания с компьютерными видеосистемами, направленными на глаз(а) человека, например, цифровая камера, связанная с компьютером. Программное обеспечение на компьютере может распознавать зрительные шаблоны, например, то, открыт глаз или закрыт. Такие системы можно использовать в клинических офтальмологических установках для диагностических и исследовательских целей. В отличие от описанных выше детекторов и систем, такие системы предназначены для использования вне глаза, и они направлены на глаз, а не из него. Хотя такие системы недостаточно малы, чтобы их можно было встраивать в контактные линзы, используемое в них программное обеспечение может быть аналогичным тому, которое может работать с контактными линзами с электропитанием. Любая система может включать программные реализации искусственных нейронных сетей, которые обучаются на входных данных и соответствующим образом регулируют выходные данные. С другой стороны, для создания интеллектуальных систем можно использовать программные реализации небиологического типа, использующие статистическую информацию, другие адаптивные алгоритмы и/или обработку сигналов.

Соответственно, существует потребность в средстве и способе распознавания конкретных физиологических функций, таких как моргание, и их использования для активации и/или управления работой электронной офтальмологической линзы или офтальмологической линзы с электропитанием в соответствии с типом обнаруженной датчиком последовательности морганий. Используемый датчик должен быть выполнен по форме и размеру с возможностью использования в контактной линзе.

ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Алгоритм обнаружения морганий в соответствии с настоящим изобретением лишен характерных для устройств предшествующего уровня техники ограничений, кратко описанных выше. Более конкретно, алгоритм обнаружения морганий, составляющий предмет настоящего изобретения, способен различать обычные шаблоны морганий и уникальные шаблоны преднамеренных морганий для управления функциональными возможностями офтальмологической линзы с электропитанием. Алгоритм обнаружения морганий, составляющий предмет настоящего изобретения, также может быть встроен в контактную линзу.

В соответствии с одним аспектом настоящее изобретение относится к способу обнаружения морганий и шаблонов морганий. Способ включает этапы, на которых осуществляют выборку, с предварительно заданной частотой, уровня света, падающего на глаз человека, и по меньшей мере временно сохраняют собранные выборки, определяют, открыто ли веко или закрыто, чтобы предположить количество, временной период и ширину импульса морганий на основе собранных значений, рассчитывают количество морганий и продолжительность морганий за заданный период времени, а также сравнивают количество морганий, продолжительность морганий за заданный период времени и время между морганиями за заданный период времени с сохраненным набором выборок, представляющих одну или более предварительно заданных последовательностей преднамеренных морганий, для определения шаблонов морганий и определяют, соответствуют ли моргания одной или более предварительно заданным последовательностям преднамеренных морганий.

В соответствии с другим аспектом настоящее изобретение относится к системе обнаружения морганий и шаблонов морганий. Система содержит фотоэлемент, выполненный с возможностью генерирования сигнала, соответствующего интенсивности падающего на глаз света, усилитель, выполненный с возможностью принимать сигнал от фотоэлемента и увеличивать уровень его мощности для дополнительной обработки с целью генерирования усиленного сигнала, соответствующего интенсивности падающего на глаз света, а также процессор, выполненный с возможностью принимать усиленный сигнал, при этом процессор осуществляет выборку с предварительно заданной частотой и по меньшей мере временно сохраняет собранные выборки, определяет, открыто веко или закрыто, чтобы предположить количество, временной период и ширину импульса морганий на основе собранных значений, рассчитывает количество морганий и продолжительность морганий за заданный период времени, сравнивает количество морганий, продолжительность морганий за заданный период времени и время между морганиями за заданный период времени с сохраненным набором выборок для определения шаблонов морганий и определяет, соответствуют ли моргания одной или более последовательностям преднамеренных морганий.

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

Управление офтальмологической линзой с электропитанием можно осуществлять с помощью ручного внешнего устройства, которое сообщается с линзой беспроводным образом, например ручного блока дистанционного управления. С другой стороны, управление офтальмологической линзой с электропитанием может осуществляться с помощью сигналов обратной связи или сигналов управления, поступающих непосредственно от пользователя. Например, датчики, встроенные в линзу, могут обнаруживать моргание и/или шаблоны морганий. Учитывая шаблон или последовательность морганий, офтальмологическая линза с электропитанием может изменять состояние, например, оптическую силу, для фокусировки на близком или удаленном объекте.

Алгоритм обнаружения моргания является компонентом системного контроллера, который обнаруживает характеристики морганий, например, когда веко открыто или закрыто, продолжительность пребывания века в открытом или закрытом состоянии, временные интервалы между морганиями и количество морганий за конкретный период времени. В примере алгоритма, обладающего признаками настоящего изобретения, используется регистрация характеристик падающего на глаз света при осуществлении выборки с конкретной частотой. Предварительно заданные шаблоны моргания сохраняются и сравниваются с последними данными выборок падающего света. При выявлении соответствия шаблонам алгоритм обнаружения морганий активирует операцию системного контроллера, например, активацию приводного элемента линзы для изменения оптической силы линзы.

Алгоритм обнаружения морганий и соответствующая схема, составляющая предмет настоящего изобретения, предпочтительно работают в достаточно широком диапазоне условий освещенности и

предпочтительно могут разделять последовательность преднамеренных и непроизвольных морганий. Также предпочтительным является минимальное обучение, необходимое для использования преднамеренных морганий для активации и/или управления офтальмологической линзы с электропитанием. Алгоритм обнаружения морганий и соответствующая схема, составляющая предмет настоящего изобретения, обеспечивают безопасное низкозатратное и надежное средство и способ обнаружения морганий с помощью контактной линзы с электропитанием или электронной контактной линзы, которая также имеет низкий уровень энергопотребления и возможность масштабирования для встраивания в офтальмологическую линзу, для выполнения по меньшей мере одного из активации или управления офтальмологической линзой с электропитанием или электронной офтальмологической линзой.

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 представлен пример контактной линзы, содержащей систему обнаружения морганий, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.

На фигуре 2 представлен график зависимости падающего на поверхность глаза света от времени, иллюстрирующий возможный шаблон непроизвольных морганий, зарегистрированных при разных уровнях интенсивности света в зависимости от времени, и применимый пороговый уровень, основанный на некоторой точке между максимальным и минимальным уровнями интенсивности света, в соответствии с принципами настоящего изобретения.

На фигуре 3 представлен пример диаграммы изменения состояния системы обнаружения морганий в соответствии с принципами настоящего изобретения.

На фигуре 4 схематически представлен путь фотодетекции, используемый для обнаружения и осуществления выборки принимаемых световых сигналах в соответствии с принципами настоящего изобретения.

На фигуре 5 представлена блок-схема цифровой логической схемы обработки в соответствии с принципами настоящего изобретения.

На фигуре 6 представлена блок-схема цифровой логической схемы обнаружения в соответствии с принципами настоящего изобретения.

На фигуре 7 представлен пример временной диаграммы в соответствии с принципами настоящего изобретения.

На фигуре 8 схематически представлен цифровой системный контроллер в соответствии с принципами настоящего изобретения.

На фигуре 9 представлен пример временной диаграммы для автоматического регулирования уровня в соответствии с принципами настоящего изобретения.

На фигуре 10 схематически представлены светонепроницаемые и светопропускающие области на примере кристалла интегральной схемы в соответствии с принципами настоящего изобретения.

На фигуре 11 схематически представлен пример электронной вставки, включающей детектор морганий, для контактной линзы с электропитанием в соответствии с принципами настоящего изобретения.

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 схемы и компоненты. Например, схемы управления, микропроцессоры, устройства связи, блоки питания, датчики, исполнительные устройства, светоизлучающие диоды и миниатюрные антенны могут быть встроены в контактную линзу с помощью изготовленных на заказ оптоэлектронных компонентов, предназначенных не только для коррекции зрения, но и для его улучшения и обеспечения дополнительной функциональности, 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 обнаружения 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, электронную контактную линзу можно использовать просто для улучшения нормального зрения или обеспечения широкого спектра функциональных характеристик, как описано выше. 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 может применяться в офтальмологической линзе с электропитанием или в контактной линзе с электропитанием, содержащих электронную систему, которая активирует оптические элементы с переменным фокусом или любое другое устройство или устройства, выполненные с возможностью реализации любого количества из множества возможных функций. Электронная система включает одну или более батарей или других источников питания, схему управления питанием, один или более датчиков, схему тактового генератора, управляющие алгоритмы и схемы, а также схемы привода линзы. Сложность этих компонентов может быть различной в зависимости от требуемой или желаемой функциональности линзы.

Управление электронной офтальмологической линзой или офтальмологической линзой с электропитанием можно осуществлять с помощью ручного внешнего устройства, которое сообщается с линзой, например ручного блока дистанционного управления. Например, брелок может сообщаться беспроводным образом с линзой с электропитанием на основании входных данных, вводимых вручную пользователем. С другой стороны, управление офтальмологической линзой с электропитанием может осуществляться с помощью схемы обратной связи или сигналов управления, поступающих непосредственно от пользователя. Например, датчики, встроенные в линзу, могут обнаруживать моргание и/или шаблоны морганий. Учитывая шаблон или последовательность морганий, офтальмологическая линза с электропитанием может изменять состояние, например, оптическую силу, для фокусировки на близком или удаленном объекте.

С другой стороны, обнаружение морганий с помощью офтальмологической линзой с электропитанием или электронной офтальмологической линзой можно использовать для различных других целей, в которых предусмотрено взаимодействие между пользователем и электронной контактной линзой, такое как активация другого электронного устройства или отправка команды на другое электронное устройство. Например, процесс обнаружения морганий в офтальмологической линзе можно использовать в сочетании с камерой на компьютере, при этом камера отслеживает перемещение глаз(а) по экрану компьютера и, когда пользователь моргает в определенной последовательности, указатель мыши выполняет команду, например производит двойное нажатие на элемент, выделяет элемент или выбирает пункт меню.

Алгоритм обнаружения морганий является компонентом системного контроллера, который обнаруживает характеристики морганий, например, когда веко открыто или закрыто, продолжительность моргания, временные интервалы между морганиями и количество морганий за конкретный период времени. В алгоритме, обладающем признаками настоящего изобретения, используется регистрация характеристик падающего на глаз света при осуществлении выборки с конкретной частотой. Предварительно заданные шаблоны моргания сохраняются и сравниваются с последними данными выборок падающего света. При выявлении соответствия шаблонам алгоритм обнаружения моргания может активировать операцию системного контроллера, например активацию приводного элемента линзы для изменения оптической силы линзы.

Моргание - процесс быстрого закрывания и открывания век, который является важной функцией глаза. Моргание защищает глаз от чужеродных объектов, например, человек моргает, когда объекты неожиданно появляются вблизи глаза. Моргание обеспечивает смазку передней поверхности глаза путем распределения по ней слезной жидкости. Моргание также служит для удаления загрязняющих и/или раздражающих веществ из глаза. Как правило, моргание происходит автоматически, но внешние стимулы также могут играть свою роль, как в случае с раздражающими веществами. Однако моргание также может быть преднамеренным, например у людей, не способных к речевому общению или общению жестами, одно моргание может означать «да», а два моргания - «нет». Алгоритм и система обнаружения морганий настоящего изобретения используют шаблоны морганий, которые нельзя перепутать с нормальной реакцией моргания. Иными словами, если моргание используется в качестве средства управления каким-либо действием, то конкретный шаблон, выбранный для заданной операции, не должен быть случайным, иначе возможны непредвиденные действия. Поскольку на скорость моргания может влиять множество факторов, включая усталость, повреждение глаза, прием препаратов и заболевание, в шаблонах моргания, которые используются для целей управления, предпочтительно должны быть учтены эти и любые другие переменные факторы, влияющие на процесс моргания. Средняя продолжительность непроизвольных морганий находится в диапазоне от 100 (ста) до 400 (четырехсот) миллисекунд. Средний взрослый мужчина или женщина моргает с частотой 10 (десять) непроизвольных морганий в минуту, а средний интервал между непроизвольными морганиями составляет от приблизительно 0,3 до 70 (семидесяти) секунд.

Пример осуществления алгоритма обнаружения морганий можно кратко описать следующими этапами.

1. Определение «последовательности преднамеренных морганий», которая будет использоваться для положительного обнаружения морганий.

2. Осуществление выборки падающего света с частотой, соответствующей процессу обнаружения последовательности морганий и исключения непроизвольных морганий.

3. Сравнение истории измеренных уровней света с ожидаемой «последовательностью морганий», определяемой шаблоном значений.

4. Необязательное внедрение последовательности-«маски», указывающей на части шаблона, которые следует игнорировать при сравнениях, например у границ переходов. Это может предоставить пользователю возможность отклоняться от желаемой «последовательности морганий», например предусматривать «окно ошибки» на плюс или минус 1 (один), в котором имеет место одно или более действий по активации линзы, управлению и изменению фокусировки. Кроме того, таким образом можно позволить пользователю изменять последовательность морганий во времени.

Пример последовательности морганий можно определить следующим образом:

1. моргание (закрытые веки) на 0,5 с;

2. открытые веки на 0,5 с;

3. моргание (закрытые веки) на 0,5 с.

При частоте выборок, равной 100 (ста) мс, шаблон морганий из 20 (двадцати) выборок задается следующим образом:

blink_template = [1,1,1, 0,0,0,0,0, 1,1,1,1,1, 0,0,0,0,0, 1,1].

«Маска морганий» создается для отсева выборок сразу после изменения состояния (0 - отсеивание или игнорирование выборок), и она задается следующим образом:

blink_mask = [1,1,1, 0,1,1,1,1, 0,1,1,1,1, 0,1,1,1,1, 0,1].

Необязательно можно отсеять более широкую пограничную область, чтобы обеспечить допустимость большей временной неопределенности, и такая маска задается следующим образом:

blink_mask = [1,1,0, 0,1,1,1,0, 0,1,1,1,0, 0,1,1,1,0, 0,1].

Могут быть реализованы альтернативные шаблоны, например продолжительное одиночное моргание, в данном случае - 1,5-секундное моргание с шаблоном из 24 выборок, который описывается следующим образом:

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].

Важно отметить, что вышеуказанный пример приведен только для иллюстрации и не является конкретным набором данных.

Обнаружение может быть реализовано путем логического сравнения истории выборок с шаблоном и маской. Логическая операция представляет собой побитовую операцию исключающего ИЛИ (XOR) между шаблоном и последовательностью из истории выборок, а также проверку того, что все не отсеиваемые маской биты истории соответствуют шаблону. Например, как показано в приведенных выше примерах маски морганий, для каждой позиции последовательности маски морганий, в которой находится логическая 1, моргание должно соответствовать шаблону маски морганий этой позиции последовательности. Однако для каждой позиции последовательности маски морганий, в которой находится логический 0, не обязательно, чтобы моргание соответствовало шаблону маски морганий этой позиции последовательности. Например, можно использовать следующее булево уравнение алгоритма, записанное на языке MATLAB^®:

matched = not (blink_mask)|not (xor (blink_template, test_sample)),

где test_sample - выборка из истории выборок. Значение matched представляет собой последовательность той же длины, что и blink_template, история выборок и blink_mask. Если последовательность matched содержит только логические 1, это означает, что достигнуто хорошее соответствие. Если расшифровывать уравнение, выражение not (xor (blink_template, test_sample)) дает логический 0 для каждого несовпадения и логическую 1 для каждого совпадения. В результате выполнения операции логического ИЛИ (OR) с инвертированной маской последовательность matched принимает значение логической 1 в тех позициях, в которых маска имеет логический 0. Соответственно, чем больше позиций в шаблоне маски морганий занимают логические 0, тем выше допустимая погрешность моргания пользователя. MATLAB^® - язык высокого уровня и программный пакет для выполнения математических вычислений, визуализации и программирования, разработанный компанией MathWorks (г. Натик, штат Массачусетс, США). Также важно отметить, что, чем больше количество логических 0 в шаблоне маски морганий, тем выше вероятность ложноположительных результатов в отношении шаблонов ожидаемых или преднамеренных морганий. Следует понимать, что в устройстве могут быть запрограммированы различные шаблоны ожидаемых или преднамеренных морганий, при этом активной может быть одна или более схем. Более конкретно, множество шаблонов ожидаемых или преднамеренных морганий можно использовать для той же цели или функциональности или для реализации разных или меняющихся функций. Например, один шаблон морганий можно использовать в линзе для увеличения или уменьшения нужного объекта, а другой шаблон морганий можно использовать для того, чтобы