Системный контроллер для электронной офтальмологической линзы с переменными оптическими свойствами

Системный контроллер для электронной офтальмологической линзы с переменными оптическими свойствами

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА СМЕЖНЫЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящая заявка на патент испрашивает преимущество предварительной заявки на патент США №61/619727, поданной 3 апреля 2012 года, и предварительной заявки на патент США №61/619655, 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 переменными оптическими свойствами, более конкретно, к системному контроллеру для управления электронной офтальмологической линзой с переменными оптическими свойствами.

2. Обсуждение смежной области

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 (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 гг. 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 функциональной возможности в такие полимерные структуры встраивают различные электросхемы 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 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 помещают на или в линзу, должны быть уменьшены в размере и встроены в прозрачный полимер размером 1,5 квадратного сантиметра (принимая во внимание линзу с радиусом 7 мм), который защищает эти компоненты от жидкой среды глаза. Также затруднительно изготовление контактной линзы, которая будет комфортна и безопасна для пользователя при ношении с учетом дополнительной толщины дополнительных компонентов.

Более конкретно, 1,5 квадратного сантиметра прозрачного полимера представляют собой всю площадь контактной линзы. В некоторых примерах осуществления предпочтительно размещать электронные компоненты в периферической зоне линзы, за пределами ее оптической зоны. В альтернативных примерах осуществления также возможно использовать тонкопленочные материалы или прозрачный силикон. В описанном выше примере при выделении центральной части линзы диаметром 8 (восемь) мм (радиусом 4 мм) под оптическую зону для размещения электронных компонентов остается максимум 1 (один) квадратный сантиметр площади. В будущих конструкциях для электронных компонентов может оставаться еще меньше места, например, возможны конструкции с круговыми кольцами площадью приблизительно 0,17 квадратного сантиметра (17 квадратных миллиметров), не включая оптический элемент с переменным фокусом. Это означает, что для работы с кристаллом ИС может оказаться доступной площадь, равная лишь максимум 1,26 квадратного миллиметра. Иными словами, для целей настоящего изобретения требуется конструкция и конфигурация непревзойденного масштаба.

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 данные линзы подключены к электропитанию, проблемой является энергия или, более конкретно, потребление тока и энергии, приводящей в действие электронные компоненты, учитывая, что технология батарей применяется 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. Для управления электронными офтальмологическими устройствами рассматривалась возможность применения коммерческих микроконтроллеров, однако доступные в настоящее время микроконтроллеры имеют множество недостатков при использовании в электронном офтальмологическом устройстве. В настоящее время такие микроконтроллеры имеют площадь приблизительно 5 (пять) квадратных миллиметров с размерами сторон, превышающими допустимые для некоторых конструкций офтальмологических устройств, а также толщину кристалла приблизительно несколько сотен микрон, которая также является слишком большой для офтальмологического устройства. Коммерческие микроконтроллеры не приспособлены конкретно к требованиям электронной офтальмологической системы и поэтому могут содержать ненужные функциональные блоки, что приводит к излишним затратам пространства и энергии, или они могут не содержать необходимых функциональных блоков. Есть и другие ограничения, которые не позволяют использовать доступные в продаже микроконтроллеры и другие серийные электронные компоненты в электронных офтальмологических устройствах. 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.

В системы линз с электропитанием могут быть встроены устройства хранения энергии (батареи) с высоким внутренним сопротивлением и низкой емкостью. Компоненты предшествующего уровня техники, такие как доступные в продаже микроконтроллеры, требуют пиковых и средних токов, которые являются слишком высокими для источников питания этого типа, поэтому пиковый ток может приводить к недопустимому падению выходного напряжения батареи, а средний ток может приводить к слишком быстрой разрядке батареи, не обеспечивая срок службы батареи, требуемый для системы линз с электропитанием.

Соответственно, существует потребность в системном контроллере, который может обеспечить гибкую работу электронных и электромеханических или электрохимических систем, встроенных в линзу с электропитанием, и который разработан и выполнен с возможностью сведения к минимуму общего энергопотребления системы. Системный контроллер должен быть чувствительным к изменяющимся условиям, как внешним, так и происходящим в линзе с электропитанием, чтобы обеспечить оптимальную комбинацию функциональных возможностей или эксплуатационных характеристик при максимальном снижении энергопотребления. Кроме того, системный контроллер предпочтительно должен требовать или занимать объем и площадь, достаточно малые для интеграции в контактную линзу вместе с другими необходимыми компонентами.

ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Системный контроллер настоящего изобретения, включая электронную схему и алгоритмы управления для управления офтальмологической линзой с переменными оптическими характеристиками, лишен характерных для устройств предшествующего уровня техники недостатков, кратко описанных выше.

Настоящее изобретение относится к контактной линзе с электропитанием, содержащей электронную систему, которая выполняет любое количество функций, включая активацию оптических элементов с переменным фокусом. Электронная система включает одну или более батарей или других источников питания, схему управления питанием, один или более датчиков (первый и второй датчики), схему тактового генератора, схему управления, выполняющую применимые управляющие алгоритмы, и схему привода линзы. Система может дополнительно содержать схемы, распознающие моргание с использованием падающего света или других электромагнитных волн или полей.

В соответствии с одним аспектом настоящее изобретение относится к офтальмологическому прибору. Офтальмологический прибор содержит встроенную в офтальмологическое устройство электронную систему, выполненную с возможностью использования по меньшей мере в одном из: на глазу или в глазу, встроенный в электронную систему системный контроллер для управления ее работой, при этом системный контроллер выполнен с возможностью реализации ведущего конечного автомата, принимающей по меньшей мере один сигнал и генерирующей по меньшей мере один сигнал, электронную схему, встроенную в электронную систему, при этом электронная схема функционально связана с системным контроллером и обеспечивает его питанием, при этом электронная схема включает один или более источников питания и одну или более схем или входов тактового генератора, и по меньшей мере одно исполнительное устройство, выполненное с возможностью принимать по меньшей мере один выходной сигнал от системного контроллера.

Системный контроллер содержит набор конечных автоматов, реализованных в виде цифровой логической схемы, которые управляют компонентами системы. Системный контроллер может принимать питание, напряжение смещения и один или более тактовых сигналов от схемы управления питанием и схемы тактового генератора. Системный контроллер выполняет предварительно заданные или заранее запрограммированные операции, которые предусмотрены в конструкции цифровой логической схемы. Системный контроллер выполняет множество функций, включая запуск одного или более датчиков для получения одной или более выборок сигналов, сгенерированных одним или более датчиками (входные сигналы датчиков), хранение входных сигналов датчиков, сравнение входных сигналов датчиков с запрограммированными структурами сигналов, определение следующего действия и следующего состояния системы на основе текущего состояния системы и входных сигналов датчиков или сохраненных входных сигналов датчиков, а также активацию или дезактивацию других компонентов, содержащихся в системе. Системный контроллер может также быть запрограммирован с использованием различных интерфейсов для изменения его работы.

Системный контроллер, составляющий предмет настоящего изобретения, является безопасным, недорогим и надежным средством управления электронной контактной линзой с переменными оптическими свойствами, который также имеет низкую скорость энергопотребления и может быть масштабирован по площади, объему и т.п. для встраивания в офтальмологическое устройство, такое как контактная линза, без значительного воздействия на комфорт или пригодность к ношению.

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 представлена блок-схема интегрированной части системы линз с переменным фокусом, представленной на фигуре 1.

На фигуре 3 представлен пример схемы перехода состояний ведущего конечного автомата системного контроллера, составляющего предмет настоящего изобретения.

На фигуре 4 представлена временная схема первого примера последовательности операций генератора тактовых импульсов и сигнала сброса и ведущего конечного автомата в соответствии с настоящим изобретением.

На фигуре 5 представлена временная схема второго примера последовательности операций генератора тактовых импульсов и сигнала сброса и ведущего конечного автомата в соответствии с настоящим изобретением.

На фигуре 5А представлен расширенный период временной схемы второго примера последовательности операций генератора тактовых импульсов и сигнала сброса и ведущего конечного автомата, представленной на фигуре 5, в соответствии с настоящим изобретением.

На фигуре 6 представлена блок-схема части генератора тактовых импульсов и сигнала сброса примера системы управления в соответствии с настоящим изобретением.

На фигуре 7 схематически представлен пример электронной вставки, включающей систему управления, 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 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 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.

В 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 лечения заболевания глаз, коррекции и/или улучшения зрения и предпочтительно включает по меньшей мере одно из пробок для слезного канальца, линз очков, 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 с боковыми пластиковыми распорками, которые называют гаптическими элементами, которые удерживают линзу в определенном положении в капсулярном мешке глаза. Любые электронные элементы и/или компоненты, описанные в настоящем документе, могут быть встроены в ИОЛ таким же способом, как и в контактные линзы. Пробка для слезного канальца, или окклюдер - офтальмологическое устройство для введения в слезный каналец глаза для коррекции одного или более болезненных состояний. Несмотря на то что настоящее изобретение можно использовать в любом из таких устройств, в предпочтительных примерах осуществления настоящее изобретение используется в контактных линзах или интраокулярных линзах.

Настоящее изобретение относится к офтальмологической линзе с электропитанием или контактной линзе с электропитанием, содержащей электронную систему, которая активирует оптические элементы с переменным фокусом или любое другое устройство или устройства, выполненные с возможностью реализации любого количества 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 функциональности линзы.

Важно отметить, что системный контроллер, составляющий предмет настоящего изобретения, 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 и уменьшения близкорасположенных объектов.

Системный контроллер, или система управления, содержит одно или более устройств, выполненных с возможностью управления, контроля, 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 в предварительно заданной последовательности активируют 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.

Системный контроллер, составляющий предмет настоящего изобретения, по существу является последовательностной системой управления, хотя специалисту в данной области будет понятно, что системный контроллер или подсистемы, связанные с системным контроллером, могут включать элементы реагирования на сигнал обратной связи, поступающий через входные сигналы датчика. Примеры таких действий могут включать изменение скважности или уровня мощности подсистемы в ответ на снижение емкости батареи, корректировку частоты внутреннего тактового генератора для синхронизации с частотой, связанной с принимаемыми сигналами, и/или регулировку количества терапевтического или медицинского препарата, подаваемого в слезную пленку глаза в ответ на измерение химического состава слезной пленки.

Как описано выше, настоящее изобретение относится к контактной линзе, содержащей множество компонентов, одним из которых является системный контроллер. Надлежащая комбинация устройств может обеспечить потенциально неограниченную функциональную возможность, однако существует ряд сложностей, связанных с встраиванием дополнительных компонентов в фрагмент полимера оптического качества, который образует контактную линзу. По существу, по множеству причин производство таких компонентов непосредственно на линзе, а также монтаж и взаимное соединение плоских устройств на неплоской поверхности затруднительны. Также представляет трудности производство компонентов в масштабе и форме. Компоненты, которые помещают на или в линзу, должны быть уменьшены в размере и встроены в прозрачный полимер размером 1,5 квадратного сантиметра или, в частности, 17 (семнадцать) квадратных миллиметров, который защищает эти компоненты от жидкой среды глаза. Также затруднительно изготовление контактной линзы, которая будет комфортна и безопасна для пользователя при ношении с учетом дополнительной толщины дополнительных компонентов.

Помимо указанных выше требований к размерам компонентов, встраиваемые в контактную линзу электронные устройства должны быть надежны и безопасны при использовании в по существу водной среде. Слезная жидкость имеет pH приблизительно 7,4 и содержит приблизительно 98,2 процента воды и 1,8 процента твердых веществ, включая электролиты, такие как натрий, калий, кальций, магний и хлориды. Это довольно жесткая среда для встраивания электронных компонентов. Кроме того, контактные линзы по существу выполнены с возможностью ношения в течение по меньшей мере четырех часов, более предпочтительно более восьми часов. Электронным компонентам необходима энергия. Эта энергия может поступать из ряда источников, включая встроенные батареи. Поскольку при таких размерах батареи и другие потенциальные источники энергии имеют ограниченный потенциал, все электронные компоненты, включая системный контроллер, предпочтительно выполнены с возможностью потребления как можно меньшего количества энергии, чтобы контактную линзу можно было носить в течение заданного промежутка времени даже после заданного периода отсутствия активности (срока хранения). Наконец, все компоненты электронной контактной линзы должны быть биосовместимыми и безопасными. Соответственно, все встраиваемые в контактную линзу электронные компоненты должны учитывать все перечисленные выше конструктивные параметры, а именно требования к размеру, возможность сохранения работоспособности в водной среде, энергопотребление и безопасность. Системный контроллер, составляющий предмет настоящего изобретения, удовлетворяет всем этим требованиям.

На фигуре 1 представлен пример осуществления системы электронной офтальмологической линзы с переменным фокусом, содержащей источник питания 100, схему управления питанием 102, системный контроллер 104, контроллер Н-моста 106, умножитель напряжения 108, Н-мост 110, оптический элемент с переменным фокусом 112, датчик 114 и тракт прохождения сигнала датчика 116. Ниже подробно описан каждый из указанных выше компонентов. Важно отметить, что каждый из описанных в настоящем документе компонентов может быть реализован любым количеством подходящих способов. Также важно отметить, что функциональные блоки показаны и описаны для иллюстрации и что возможно добавление, удаление или замена функциональных блоков при соблюдении основных принципов построения управляемой системы, специально разработанной и выполненной с возможностью использования в электронном офтальмологическом устройстве или офтальмологическом устройстве с электропитанием, как описано в настоящем документе.

Офтальмологический оптический элемент с переменным фокусом или просто оптический элемент с переменным фокусом 112 может представлять собой жидкостную линзу, которая изменяет фокальные свойства, например, фокусное расстояние, в ответ на активирующее напряжение, приложенное к двум электрическим контактам оптического элемента с переменным фокусом 112. Однако важно отметить, что оптический элемент с переменным фокусом может содержать любое подходящее управляемое оптическое устройство, такое как светодиод или исполнительное устройство микроэлектромеханической системы (МЭМС). Два контакта могут соответствовать контакту на передней и задней поверхности оптического элемента с переменным фокусом 112. Активирующее напряжение может значительно превышать напряжение от используемого источника питания. Соответственно, существует потребность в других описанных в настоящем документе схемах. Источник питания 100 может содержать батарею, устройство сбора энергии, конденсатор или любое аналогичное устройство, обеспечивающее электрический ток при пригодном рабочем напряжении. В некоторых примерах осуществления источник питания 100 может представлять собой элемент индуктивной связи с внешним источником питания. Схема управления питанием 102 может содержать один или более регуляторов напряжения, преобразователей напряжения, источников образцового на