用于隐形镜片的镜片到镜片通信的制作方法

本申请涉及于2015年10月1日提交的标题为“Eye Convergence Detection with Contact Lenses(利用隐形镜片的眼睛会聚检测)”的美国申请No.14/873,034。

技术领域

本公开总体上涉及隐形镜片，并且具体涉及隐形镜片之间的通信。

背景技术：

已经开发了包括片上(on-board)测量传感器的隐形镜片。例如，当由用户佩戴时，隐形镜片通过眼睛的泪液测量生物特征(biometric)数据。隐形镜片也可以测量用户的注视方向。在某些情况下，期望来自测量的数据可以被佩戴在对侧眼睛中的隐形镜片访问。其他隐形(contact)使用案例也将受益于隐形镜片之间的镜片到镜片通信。然而，传统技术通常需要用户/佩戴者将附加硬件手动放置到一对隐形镜片的附近，以在隐形镜片之间共享数据。具有镜片到镜片通信所需的额外硬件减少了将从镜片到镜片通信受益的隐形镜片的场境(context)和功能性。

附图说明

参照以下附图描述了本发明的非限制性和非穷尽性实施例，在附图中，除非另有说明，否则相同的附图标记贯穿各个视图指代相同的部分。

图1示出了根据本公开的实施例的佩戴形成镜片到镜片通信系统的一对隐形镜片的用户。

图2示出了根据本公开的实施例的包括隐形镜片的框图示意图，该隐形镜片具有用于镜片到镜片通信的发送和接收电路。

图3A示出了根据本公开的实施例的包括光电二极管的眨眼检测电路的一个示例。

图3B示出了根据本公开的实施例的用于隐形镜片的数据发送电路的一个示例。

图3C示出了根据本公开的实施例的用于隐形镜片的数据接收电路的一个示例。

图4A示出了根据本公开的实施例的用于镜片到镜片通信的示例隐形镜片的俯视图。

图4B示出了根据本公开的实施例的图4A的示例隐形镜片的侧视图。

图5示出了根据本公开的实施例的镜片到镜片通信的示例过程的流程图。

图6示出了根据本公开的实施例的使用镜片到镜片通信来检测眼睛会聚的示例过程的流程图。

图7示出了根据本公开的实施例的使用镜片到镜片通信检测眼睛会聚的示例过程的第二流程图。

具体实施方式

本文描述了用于利用隐形镜片的镜片到镜片通信的系统和方法的实施例。在以下描述中，阐述了许多具体细节以提供对实施例的透彻理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，可以在没有一个或多个具体细节的情况下，或者利用其他方法、部件、材料等来实践本文描述的技术。在其他情况下，公知的结构、材料、或操作未被详细示出或描述，以避免模糊某些方面。

贯穿本说明书对“一个实施例”或“实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书在各处出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”不一定都指同一实施例。此外，特定特征、结构或特性可以以任何合适的方式组合在一个或多个实施例中。

图1示出了根据本公开的实施例的佩戴形成镜片到镜片通信系统的一对隐形镜片的用户199。用户199佩戴包括右隐形镜片150A和左隐形镜片150B的一对隐形镜片。隐形镜片150A和150B通过使用生物路径(biopath)133作为低功率信号的信号路径进行通信。本公开描述了隐形镜片之间的镜片到镜片通信，并且还描述了镜片到镜片通信的某些使用案例。在一些情况下，镜片到镜片通信将在用户199的眼睛眨眼期间进行。人眼的眨眼通常不少于100ms。眨眼通常是同步的，因为两只眼睛同时眨眼。因此，眨眼的检测可以是建立用于隐形镜片之间的数据传输的参考时间的有利时间。

图2示出了包括隐形镜片150A和150B的系统200的框图示意图。在图2中，隐形镜片150包括逻辑引擎225、数据发送电路235、数据接收电路240、眨眼检测电路231和注视检测电路232。不是所有的实施例都必须包括隐形镜片150中所示的所有元件。

逻辑引擎225可以包括微处理器、现场可编程门阵列(“FPGA”)或其他离散逻辑。可以利用CMOS处理技术将逻辑引擎225制造到隐形镜片150的半导体基底中。逻辑引擎225可以包括存储器，用于存储从隐形镜片150的电路接收的设置、指令和/或数据。逻辑引擎225被联接以接收来自眨眼检测电路231的眨眼信号。眨眼检测电路231被配置为(当隐形镜片150被插入到眼睛中时)响应于眼睛眨眼或闭合而生成眨眼信号。逻辑引擎225还被联接以接收来自注视检测电路232的向内注视信号。注视检测电路被配置为(当隐形镜片150被插入到眼睛中时)响应于向内观看的眼睛而生成向内注视信号。“向内”观看是向内朝向隐形镜片150的佩戴者的鼻子观看。

逻辑引擎225被配置为响应于来自眨眼检测电路231的眨眼信号达到预定阈值而使数据发送电路235将电信号驱动到电极261上。图3A示出根据本公开的实施例的可用作眨眼检测电路231的眨眼检测电路310。眨眼检测电路310包括光电二极管或光电传感器371、放大器373和输出节点375。响应于光电二极管371响应于入射在光电二极管371上的环境光377而产生的电流，放大器373在节点375上产生眨眼信号。在图3A中，当入射环境光377强度增加时眨眼信号增加，且当入射环境光377减小时眨眼信号减少。当隐形镜片150的佩戴者闭合其中佩戴有该隐形镜片150的眼睛时，光电二极管将接收非常少(如果有的话)环境光377。在一个实施例中，在节点375上的电压下降到低于预定阈值、并且在预定时间量(例如400ms)下恢复到高于预定阈值时，逻辑引擎225使得数据发送电路235发送电数据信号，其将意味着眨眼。

在另一个实施例中，眨眼检测电路231包括感测电极，当眼睛眨眼时感测电极暴露以被眼睑接触，但是当眼睛打开(观察世界)时，感测电极不被眼睑接触。在该实施例中，逻辑引擎225测量感测电极之间的电阻抗以检测眼睛眨眼。当眼睑打开时，由于眼睑不会接触感测电极，因此感测电极之间的电阻抗量值将非常高(开路)。随着眼睑接触两个感测电极并闭合电路，眼睑闭合将造成跨感测电极的可测量的电阻抗。

当逻辑引擎225检测到眼睛已经闭合时，其驱动数据发送电路235以将电数据信号传输到电极261上并且最终通过生物路径133。在一个实施例中，电数据信号是短脉冲。在一个实施例中，脉冲持续时间为400mV和10ns。可以利用各种不同的通信协议以使用低电压脉冲作为位来在隐形镜片之间通信数据。

图3B示出了根据本公开的实施例的用于隐形镜片的数据发送电路320的一个示例。数据发送电路320是数据发送电路235的一个示例。数据发送电路320是用于二进制相移键控(“BPSK”)信令的发送器。可以理解的是，在一些实施例中，数据发送电路235可以被合并到逻辑引擎225中。

数据发送电路320包括可编程延迟386和387，与门393，2：1多路复用器391和392，可编程增益放大器381和382，电容器383和384以及电阻器385。标志CLK(symbol CLK)388是以脉冲重复频率进入的时钟，或者每当需要脉冲时进入的时钟。在标志CLK 388的上升沿处，在与门393的输出处产生脉冲。在标志CLK 388的每个正边沿处，在端子261处产生一对对极脉冲。左侧的第一可编程延迟387指示一对脉冲内的脉冲宽度。一对对极脉冲等同于一个脉冲位标志信号(pulse bit symbol signal)。这可以是由电流无补偿逆变器(current starved inverter)级联产生的延迟线。第二可编程延迟386指示标志内的脉冲之间的脉冲分离时间。这取决于典型的信道脉冲响应，并且可以被编程为使得符号内不存在脉冲间干扰。多路复用器391/392将不同类型的脉冲作为输入：上多路复用器392负责选择形成位标志的一对脉冲中的第一脉冲的符号(sign)，并且下多路复用器391负责选择形成位的一对脉冲中的第二个脉冲的符号。

可编程增益级381/382允许来自多路复用器391/392的数字脉冲被转换为模拟的，并且这些级决定脉冲的幅度。电容器383/384是求和电容器，其将时间和符号不同的两个脉冲组合到端子261。电阻器385是大的电阻器，其将端子261的DC偏压设置为零。脉冲产生成脉冲对，脉冲的符号相反，并且在标志上携带零净电荷(电阻器接地，并且等同但符号相反脉冲进入电容器383/384中将确保这一点)。逻辑引擎225被联接到多路复用器391/392。通过将数字高或低驱动到多路复用器391/392上，逻辑引擎225可以产生正脉冲或负脉冲。

在一个实施例中，电极261被设置成与眼睛的泪膜接触以传输电数据信号。在一个实施例中，电极261被封装在隐形镜片内并被设置为被电容地联接以将电数据信号传输到眼睛的泪液。电极263可被封装在隐形镜片内并被设置为被电容地联接以接收来自眼睛泪液的原始数据信号，或被设置成与泪膜接触以接收原始数据信号。

电数据信号从电极261通过生物路径133行进以经由电极263到达数据接收电路240B。生物路径133包括设置在人眼之间的生物物质，特别是位于电极261和263之间的路径中的生物物质。

图3C示出了根据本公开的实施例的用于隐形镜片的数据接收电路的一个示例。数据接收电路330是数据接收电路240的一个示例。数据接收电路330是用于BPSK信令的接收器。数据接收电路330包括低噪声放大器(LNA)336、加窗积分器353、模拟数字转换器(“ADC”)356和数字引擎359。加窗积分器353、模拟数字转换器(“ADC”)356和数字引擎359可被认为形成混合信号相关器。被驱动到电极261上的电数据信号在电极263和LNA 336处作为原始数据信号被接收。LNA 336将原始数据信号放大成放大的数据信号337。交错的加窗积分器353将LNA输出337混洗并积分到一组积分电容器(未示出)上，积分电容器组的结构和重数(将被混洗进/出的加窗积分器的数量)将针对效率和功率进行优化。ADC 356被联接以将模拟积分值采样为数字，并且数字引擎359通过对ADC 356的数字输出执行定时、信道和位恢复来生成输出数据339。在一个实施例中，执行逆变换以重建被驱动到电极261上的(一个或多个)电数据信号。放大的数据信号337的逆变换可以通过生物路径133的基于阻抗的信道建模被得知。

在系统200的所示实施例中，每个隐形镜片具有数据发送电路235和数据接收电路240以实现双向通信。然而，在系统200的一个实施例中，一个隐形镜片(例如，镜片150A)具有数据发送电路235，但不具有数据接收电路240，而另一个隐形镜片(例如，镜片150B)具有数据接收电路240，但不具有数据发送电路35。在该实施例中，隐形镜片之间的通信是单向的。

图4A示出根据本公开的实施例的包括逻辑引擎225、数据发送电路235、数据接收电路240、眨眼检测电路231和注视检测电路232的隐形镜片410的俯视图。隐形镜片410是隐形镜片150的一个示例。隐形镜片410包括由适用于隐形镜片的生物相容性材料制成的透明材料421。在一个实施例中，隐形镜片包括硅弹性体。在一个实施例中，隐形镜片包括水凝胶。基底430被示出为布置在透明材料421顶上或嵌入透明材料421内的基本平坦的环。在一个实施例中，平坦环具有约10毫米的直径，约1毫米的径向宽度和约50微米的厚度。

基底430包括用于安装元件的一个或多个表面，元件诸如逻辑引擎225、数据发送电路235、数据接收电路240、眨眼检测电路231和注视检测电路232。在一个实施例中，基底430包括半导体材料(例如硅)，并且逻辑引擎225通过一般CMOS工艺形成在基底430中。在一个实施例中，基底430包括多层柔性电路板。在一个实施例中，基底430由诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯(“PET”)的刚性材料制成。在一个实施例中，基底430由诸如聚酰亚胺的柔性材料或有机材料制成。基底430可以沿着隐形镜片410的外周布置，以便不干涉隐形镜片410的可视区域，隐形镜片410的佩戴者看穿该可视区域。然而，在一个实施例中，基底430基本上是透明的并且基本上不会干扰佩戴者的视野，而不论布置位置如何。

在图4A中，眨眼检测电路231(其可以包括光电二极管)在基底430中被布置在镜片410的中间带中，使得当镜片410的佩戴者正在观察世界时，眨眼检测电路(以及所包括的光电二极管)暴露于环境光。当眼睛眨眼时，其覆盖眨眼检测电路231，这改变由眨眼检测电路231生成的眨眼信号。隐形镜片410可被加重(类似于被设计为校正散光的隐形镜片)，以使隐形镜片410的某些元件保持在其相对于眼睛的相对空间取向中。

在图4A中，注视检测电路232也设置在基板430中并且定位在隐形镜片410的中间带中。另外，注视检测电路232可定位成最靠近镜片410的佩戴者的鼻子。在一个实施例中，注视检测电路232包括光电二极管或光电二极管阵列。当眼睛向内观看以聚焦在附近的对象/人/地方时，包括在注视检测电路232中的光电二极管可能被眼睑覆盖，这改变了由光电二极管产生的信号。在一个实施例中，注视检测电路232类似于电路310。在一个实施例中，注视检测电路232和眨眼检测电路231共享电子部件，例如光电二极管。换句话说，可以利用光电二极管阵列来检测眨眼事件和向内注视事件两者。上面描述的与眨眼检测电路231相关联的电阻抗方案也可以用作注视检测电路232，以确定眼睛何时向内注视。如下面将更详细描述的，检测眼睛的向内注视可以用于调节眼睛的光焦度以辅助近场聚焦。

仍然参照图4A，数据发送电路235被联接到一个或多个电极460以将电数据信号发送到眼睛的泪液上。数据接收电路240还联接到一个或多个电极460以接收来自眼睛泪液的电数据信号。电极的数量和位置将取决于是否需要更大的信号发送/接收、波束形成发送的和接收的脉冲路径的能力、电极是否可以重新用于阻抗感测以及利用的数据协议而变化。在一个实施例中，仅使用一个电极(例如261)来驱动电数据信号。在一个实施例中，仅使用一个电极(例如263)来接收来自数据发送电路235的作为原始数据信号的电数据信号。

图4A示出根据本公开的实施例的包括逻辑引擎225、数据发送电路235、数据接收电路240、眨眼检测电路231和注视检测电路232的隐形镜片410的侧视图。图4B示出透明材料421具有与凸表面侧424(外侧)相对的凹表面侧426(眼睛侧)。凹表面侧426将与镜片410的佩戴者的眼睛基本接触。圆形外边缘428连接凹表面侧426和凸表面侧424。在图4B中，眨眼检测电路231或注视检测电路232中的光电二极管将面向外部，使得其可以测量环境场景光。用以测量电阻抗的任何端子将被布置在镜片410的外侧424上，以便感测任何眼睑覆盖隐形镜片410(与不断接触眼睛的眼睛侧426相反)。电极460和附加电极(未示出)设置在隐形镜片410的眼睛侧，使得电极接触眼睛的泪膜并且因此通达(access)生物路径133。

图5示出了根据本公开的实施例的镜片到镜片通信的示例过程500的流程图。过程500中某些或全部过程框出现的顺序不应被视为限制性的。相反，受益于本公开的本领域的普通技术人员将理解，可以以未示出的各种顺序或者甚至并行地执行一些过程框。

在过程框505中，用包括在第一隐形镜片(例如镜片150A)中的眨眼检测电路(例如231A)检测眼睛眨眼。在过程框510中，响应于检测到眼睛眨眼，数据发送电路的电力可以被启用。与始终对数据发送电路供电相比，仅在检测到眨眼之后才向数据发送电路235提供电力可节省电力。在过程框515中，响应于检测到眼睛眨眼而将数据从第一隐形镜片(例如镜片150A)发送到第二隐形镜片(例如150B)。数据可以采用通信数字字(digital word)的电脉冲的形式。在过程框520中，通过第二隐形镜片(例如150B)的数据接收电路(例如240B)接收数据。在过程块525中，响应于该数据调整第二眼睛的光焦度。

图6示出了根据本公开的实施例的使用镜片到镜片通信来检测眼睛会聚的示例过程600的流程图。过程600中某些或全部过程框出现的顺序不应被视为限制性的。相反，受益于本公开的本领域的普通技术人员将理解，可以以未示出的各种顺序或者甚至并行地执行一些过程框。

在过程框605中，利用包括在第一隐形镜片(例如，镜片150A)中的第一注视检测电路(例如，电路232A)来检测第一向内注视。在过程框610中，响应于检测到第一向内注视，第一向内注视信号从第一隐形镜片发送到第二隐形镜片(例如150B)。第一向内注视信号可以是经由生物路径133以电压脉冲的形式发送到第二隐形镜片的数字字。例如，第一内向注视信号可以由数据发送电路235A发送。在过程框615中，利用包括在第二隐形镜片中的第二注视检测电路(例如，电路232B)检测第二向内注视。在过程框620中，第二隐形镜片接收来自第一隐形镜片的第一向内注视信号。例如，第一向内注视信号可以由接收电路240B接收。当在自利用第二注视检测电路检测到第二向内注视的预定时间段(例如，50ms)内接收到第一向内注视信号时，调节第二眼睛的光焦度。通过调节液晶镜片上的控制信号(例如电压信号)可以改变光焦度。例如，液晶镜片可以集成到隐形镜片中。

图7示出了根据本公开的实施例的使用镜片到镜片通信来检测眼睛会聚的示例过程700的第二流程图。过程600示出了单向通信过程，而过程700示出了双向通信过程。过程700中某些或全部过程框出现的顺序不应被视为限制性的。相反，受益于本公开的本领域的普通技术人员将理解，可以以未示出的各种顺序或者甚至并行地执行一些过程框。

在过程框705中，向内注视检测电路(例如电路232B)针对左侧向内注视信号被采样。过程框705被执行直到检测到左侧向内注视信号。在一个示例中，当光电二极管的输出下降到低于给定阈值持续特定时间量时，检测到左侧向内注视信号，这表示光电二极管被眼睑覆盖，因此，左侧眼向内观看，隐形镜片的佩戴者期望聚焦于近处对象上(例如读书)。如果检测到左侧向内注视，则过程700前进到过程框710。

在过程框710中，数据发送电路(例如235B)准备经由生物路径133向右侧隐形镜片(例如镜片150A)发送向内注视信号。准备数据发送电路可以包括给数据发送电路通电并且用待传输的数据(例如数字数据)对其预加载。除了数据发送电路实际需要传输数据时，将数据发送电路关闭将节省用于执行隐形镜片的其他功能的功率。如果在时间段T1(例如0.5s)内没有眨眼，则过程700返回到过程框705。在一个使用场境中，隐形镜片150A和150B的佩戴者通过在向内观看后不久眨眼而向隐形镜片发信号通知：用户想要调节其眼睛的光焦度。这允许隐形镜片检测用户向内观看并且随后不久眨眼以作为例如隐形镜片应该启动光焦度调节以便于近场聚焦的信号。

如果在时间段T1内检测到眨眼，则过程700从过程框710前进到过程框715。在过程框715中，左侧向内注视信号经由生物路径133被传输到右侧隐形镜片(例如镜片150A)。同样在过程框715中，数据接收电路240侦听来自右侧隐形镜片的右侧向内注视信号。如果在时间段T2(例如200ms)内左侧隐形镜片未接收到右侧向内注视信号(确认)，则过程700返回到过程框705。然而，如果在时间段T2内左侧隐形镜片接收到右侧向内注视信号(确认)，则过程700前进到过程框720以调节左侧眼睛的光焦度。

当过程框到达过程框720时，左侧隐形镜片已经检测到左侧向内注视，并且左侧隐形镜片已经接收到右侧隐形镜片也已经检测到右侧向内注视的确认(右侧向内注视信号)。因此，结论是左侧眼睛和右侧眼睛都在通过向内观看而会聚。左侧隐形镜片也已经接收到确认，即隐形镜片的佩戴者想要通过在检测到左侧向内注视的时间T1内检测到眨眼来调节其光焦度。过程框725、730、735和740分别与过程框705、710、715和720类似(除了被调节为右侧隐形镜片)。

上面解释的过程是关于计算机软件和硬件来描述的。所描述的技术可以构成在有形或非暂时性机器(例如，计算机)可读存储介质内实施的机器可执行指令，其在由机器执行时将使机器执行所描述的操作。另外，这些过程可以在诸如专用集成电路(“ASIC”)之类的硬件内或以其他方式实施。

有形的非暂时性机器可读存储介质包括以机器(例如，计算机、网络设备、个人数字助理、制造工具、具有一组一个或多个处理器的任何设备)可访问的形式提供(即存储)信息的任何机制。例如，机器可读存储介质包括可记录/不可记录介质(例如，只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁盘存储介质、光存储介质、闪存设备等)。

包括在摘要中描述的内容的本发明的说明性实施例的以上描述不意图是穷尽性的或将本发明限制为所公开的精确形式。虽然本文中出于说明目的描述了本发明的具体实施例和示例，但是如相关领域的技术人员将认识到的，在本发明的范围内各种修改是可行的。

根据以上详细描述，可以对本发明做出这些修改。以下权利要求中使用的术语不应被解释为将本发明限制于说明书中公开的具体实施例。相反，本发明的范围完全由下面的权利要求确定，这些权利要求要根据所建立的权利要求解释的原则来解释。