Узел офтальмологической линзы со встроенной конструкцией антенны
Узел офтальмологической линзы содержит линзу для размещения внутри или на поверхности глаза, включающую оптическую зону с функцией коррекции зрения, фиксации изображения или улучшения остроты зрения, многоярусную структуру микросхемы, содержащую один или более слоев подложки, одну или более установочных площадок, прикрепленных к верхней и/или нижней поверхностям слоев подложки; электронные компоненты, прикрепленные к установочным площадкам, и по меньшей мере одно антенное устройство, функционально связанное с электронными компонентами для обеспечения функций односторонней или двусторонней связи с электронными компонентами и передачи энергии. Антенное устройство изолировано от электронных компонентов для снижения паразитной емкости. Многоярусная структура, установочные площадки, электронные компоненты и по меньшей мере одно антенное устройство инкапсулированы в линзе. Технический результат - создание механически прочного узла антенны для контактной линзы, обеспечивающей беспроводную передачу сигналов и зарядку аккумулятора. 22 з.п. ф-лы,19 ил.
Предпосылки создания изобретения
Область применения изобретения
Настоящее изобретение относится к оптическим линзам, и, в частности, к таким оптическим линзам, как пригодные для ношения линзы, включая контактные линзы, имплантируемые линзы, интраокулярные линзы (ИОЛ) и любые другие виды устройства, содержащего оптический компонент, который включает в себя электронные контуры и связанные с ними антенны/узлы антенн для приема информации, передачи информации и/или зарядки/аккумулирования энергии.
Обсуждение смежной области
Поскольку электронные устройства продолжают уменьшаться в размерах, все более вероятным становится создание пригодных для ношения или микроэлектронных устройств с возможностью встраивания для различных областей применения. Такие области применения могут включать в себя мониторинг биохимических процессов в организме, контроль приема доз лекарственных препаратов или лекарственных агентов за счет различных механизмов, включая автоматические, в ответ на измерения или в ответ на внешние сигналы управления и усиление обменных процессов в органах или тканях. Примеры таких устройств включают в себя инфузионные насосы для введения глюкозы, кардиостимуляторы, дефибрилляторы, вспомогательные желудочковые системы и нейростимуляторы. Новой особенно выгодной областью применения являются пригодные для ношения офтальмологические линзы и контактные линзы. Например, пригодные для ношения линзы могут включать в себя узел линз, имеющий фокус с возможностью электронного регулирования для увеличения или улучшения функции глаза. В другом примере, с фокусом с возможностью регулирования или без него, пригодная для ношения контактная линза может включать в себя электронные датчики для определения концентраций отдельных химических веществ в прекорнеальной (слезной) пленке. При использовании встроенной электронной схемы в узле линзы может возникнуть необходимость взаимодействия с электронной схемой и в способе электропитания и/или перезарядки электронной схемы.
Часто бывает необходимо предусмотреть возможности взаимодействия со встроенной электронной схемой с целью контроля и/или сбора данных. Взаимодействие данного рода предпочтительно должно осуществляться без прямого физического контакта с электронной схемой линзы таким образом, чтобы можно было полностью герметизировать электронную схему и обеспечить взаимодействие в процессе использования линзы. Поэтому необходимо обеспечить беспроводную передачу сигналов электронной схеме линзы с помощью электромагнитных волн. Таким образом, существует потребность в конструкции антенны, подходящей для использования в узле оптической линзы, такой как контактная линза.
В данных областях применения электронная схема часто может нуждаться в источнике питания. Таким образом, может быть необходимо встроить в конструкцию автономное устройство для накопления энергии, такое как перезаряжаемый аккумулятор или конденсатор. В альтернативном варианте осуществления подача питания на электронную схему может осуществляться индуктивно, от дистанционного, а не от автономного устройства для накопления энергии, и, таким образом, исключается потребность в перезарядке. Приемлемый способ перезарядки аккумулятора представляет собой индукционную связь, при которой возникает магнитная связь между внешней катушкой и катушкой, соединенной, подключенной или иным образом соединенной с цепью зарядки, выполненной с возможностью перезарядки аккумулятора, встроенного в устройство. Таким образом, существует потребность в индуктивных конструкциях, например антеннах, узлах антенн и/или катушках, подходящих для использования в узле офтальмологической линзы. Кроме того, необходимо предусмотреть удобный способ для согласования конструкции катушки с внешней конструкцией индуктивной катушки для эффективного связывания в ближней зоне.
Встроенная электронная схема и возможность взаимодействия элементов в контактной линзе создают множество проблем общего характера по ряду аспектов, включая ограниченные размеры компонентов, в частности, толщину, а также максимальную длину и ширину, ограниченную энергоемкость аккумуляторов или суперконденсаторов, ограниченный пиковый ток потребления из-за высокого внутреннего сопротивления микроаккумуляторов и ограниченное сохранение заряда в микроконденсаторах, ограниченное среднее энергопотребление из-за ограниченной энергоемкости и ограниченную надежность и технологичность микрокомпонентов и особенно тонких компонентов. Что касается устройств обмена данными, конкретные проблемы включают в себя ограниченную эффективность антенны, которая напрямую связана с размером или площадью, а в случае рамочной антенны - числом петель и эффективностью антенны. Кроме того, существует также ограниченный набор частотных полос, выделяемых органами регулирования для данных применений, выбор которых влияет на эффективность заданной конструкции, максимально допустимую мощность передатчика, потенциальные помехи, а также другие аспекты канала связи. Дополнительные характеристики распространения и поглощения при ношении зависят от частоты наряду с допустимыми пределами безопасного поглощения электромагнитной энергии. Различные государственные органы по своему усмотрению могут издавать руководства или правила относительно данных устройств. Эффективность антенны при ношении ухудшается в основном для электрополевых (E-field) антенн. Аналогично для беспроводной зарядки аккумулятора или аналогичного устройства размер антенны относится к максимально достижимой индуктивности и максимальному напряжению или току, которые могут передаваться на устройство.
Таким образом, существует потребность в создании механически прочного узла антенны, который отвечает требованиям функциональности и технических характеристик в пределах объема и площади контактной линзы.
Изложение существа изобретения
Антенны и/или узлы антенн настоящего изобретения лишены недостатков, которые кратко перечислены выше.
В соответствии с первым аспектом настоящее изобретение относится к узлу офтальмологической линзы. Узел офтальмологической линзы содержит линзу, выполненную с возможностью размещения по меньшей мере либо внутри глаза, либо в непосредственной близости от поверхности глаза, причем линза включает в себя оптическую зону, выполненную с возможностью выполнения по меньшей мере одной из функций коррекции зрения и улучшения остроты зрения, и один или более электронных компонентов, обеспечивающих коррекцию и улучшение остроты зрения, и по меньшей мере одно антенное устройство, функционально связанное с одним или более электронными компонентами, для обеспечения по меньшей мере одной из функций односторонней или двусторонней связи с одним или более электронными компонентами и передачи энергии.
В соответствии с другим аспектом настоящее изобретение относится к узлу линзы. Узел линзы содержит линзу, включающую в себя оптическую зону для выполнения по меньшей мере одной из функций улучшения изображения, фиксации изображения и коррекции зрения и один или более электронных компонентов, обеспечивающих улучшение изображения, фиксацию изображения и коррекцию зрения, и по меньшей мере одно антенное устройство, функционально связанное с одним или более электронными компонентами для обеспечения по меньшей мере одной из функций односторонней или двусторонней связи с одним или более электронными компонентами и передачи энергии.
В соответствии с еще одним аспектом настоящее изобретение относится к узлу линзы. Узел линзы содержит линзу, включающую в себя оптическую зону для выполнения по меньшей мере одной из функций улучшения изображения, фиксации изображения и коррекции зрения, и по меньшей мере одно антенное устройство, функционально связанное с линзой, причем включение и отключение питания по меньшей мере одного антенного устройства приводит к механическим изменениям в линзе.
В соответствии с настоящим изобретением антенну или узел антенны можно встроить в механические устройства, такие как офтальмологические устройства, включая линзы и контактные линзы. Хотя примеры осуществления будут касаться контактных линз (пригодных для ношения) или имплантируемых линз (ИОЛ), важно отметить, что настоящее изобретение можно использовать в любом ряду связанных или независимых устройств. Пригодные для ношения линзы или контактные линзы могут включать в себя узел линзы с фокусом с возможностью электронного регулирования для улучшения характеристик глаза, и/или в них можно встроить электронные датчики для определения концентраций отдельных химических веществ в слезной пленке. Применение такой встроенной электроники в узле линзы потенциально нуждается в односторонней и/или двусторонней связи и способе питания электроники или перезарядки устройства для накопления энергии. Антенну/узел антенны настоящего изобретения можно использовать для передачи и/или приема информации и/или данных, а также для обеспечения возможности зарядки аккумулятора, аккумуляторов или конденсаторов, применяемых для питания электроники, на основе способов индуцированного заряда или радиочастотного (РЧ) аккумулирования энергии. Как известно специалистам в соответствующей области, системы РЧ-аккумулирования энергии можно применять в системах, где действие контура аналогично индуцированному заряду, но при более высоких частотах, например, от 900 МГц до 2,4 ГГц. В данной области термин «индуцированный заряд» часто связан с низкой частотой, например 125 кГц или 13,5 МГц, связыванием в ближней зоне с индуктивной конструкцией, и РЧ-аккумулирование энергии связано с более протяженным расстоянием, более низкой энергией, более высокой частотой волн, передаваемых на РЧ-антенну.
Пример узла оптической линзы в соответствии с настоящим изобретением может содержать печатную плату или подложку, электронный контур, конструкцию линзы (оптика) и конструкцию антенны. Электронный контур может содержать ряд электронных компонентов, установленных на печатной плате, и на печатную плату можно нанести контактные дорожки для связывания электронных компонентов. Печатную плату можно механически прикрепить к линзе для образования жесткого компонента узла оптической линзы. В альтернативном варианте осуществления печатную плату можно не прикреплять механически к линзе, таким образом, не образуется жесткий компонент узла оптической линзы. Данную конструкцию можно изменять в зависимости от типа линзы. В некоторых примерах осуществления конструкция антенны или антенна могут включать в себя катушку, содержащую один или более витков провода, установленную вокруг и концентрически относительно конструкции линзы. В альтернативных примерах осуществления антенна может содержать одну или более контактных дорожек на печатной плате. Антенна может быть электронно соединена с электронным контуром. В некоторых примерах осуществления электронный контур может подавать передаваемый сигнал на антенну для передачи выходного электромагнитного сигнала, тогда как в альтернативных примерах осуществления антенна может принимать входящий электромагнитный сигнал и направлять полученный сигнал в электронный контур. В еще одном альтернативном примере осуществления антенну можно использовать для передачи и приема сигналов. В еще одном альтернативном примере осуществления антенну можно использовать для индуктивной зарядки энергоемкого элемента или аккумулятора. В некоторых примерах осуществления одну антенну также можно использовать как для взаимодействия, так и передачи энергии, как это подробно описано ниже.
Антенны и антенные системы или узлы, встроенные в медицинские устройства, такие как офтальмологические устройства, можно использовать или адаптировать для большого разнообразия применений. Применения включают в себя передачу данных на офтальмологическое устройство или прием с него, регистрацию информации, поступающей из окружающей среды, в которой находится офтальмологическое устройство, зарядку аккумуляторов, связанных с офтальмологическим устройством, и активацию или запуск других устройств. Поток данных на офтальмологическое устройство и с него может включать в себя взаимодействие с брелоками для ключей, смартфонами или другими портативными устройствами и беспроводными сетями, контейнерами для хранения офтальмологических устройств, например, контейнерами для очистки контактных линз, где используют химические средства или системы УФ-дезинфекции, а также любыми другими типами устройств, которые способны принимать текстовую информацию, видеоинформацию, телеметрическую информацию, графику, программное обеспечение или коды для перепрограммирования или обновления и т.п. через РЧ- или индуктивную беспроводную связь. Данные или информация для передачи или приема может включать в себя анализ слезной пленки, внутриглазное давление, частоту сердечных сокращений, артериальное давление и т.п. Офтальмологическое устройство можно использовать для регистрации любого ряда параметров в зависимости от применения устройства, например сокращения ресничной мышцы для аккомодационной линзы. Подобным же образом, выходные данные антенны или антенной системы можно использовать для активации или запуска вторичных устройств для изменения оптических параметров устройства и дозирования лекарственных средств или терапевтических средств. Как отмечалось выше, антенны и узлы антенн можно использовать для перезарядки аккумуляторов или для постоянного питания от дистанционного источника. Для этого можно использовать индуктивное питание, а не зарядку. Антенны можно также использовать для обмена данными между офтальмологическими устройствами, такими как линзы, для регистрации конвергенции глаз в процессе чтения или синхронизации динамики пространственной голографической реализации.
Физическую реализацию антенн и узлов антенн можно осуществить любым рядом способов. Физические реализации включают в себя проводящие дорожки на плате, встроенные в офтальмологическое устройство, и/или витки провода, встроенные в устройство, проводящие дорожки, нанесенные печатным способом внутри устройства или на его поверхности, и/или в форме слоя в многоярусной структуре микросхемы. Например, антенну может изготовить на круговом слое/в виде шайбы или дуги с дорожками на одной или обеих сторонах слоя, на материалах подложки с использованием соответствующей технологии допирования металлами. Также можно использовать множество антенн на одном устройстве.
Краткое описание фигур
Вышеизложенные и прочие характеристики и преимущества настоящего изобретения станут понятны после следующего более подробного описания предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, проиллюстрированных с помощью прилагаемых фигур.
На Фиг.1А схематически представлен первый пример осуществления узла оптической линзы, содержащего одновитковую рамочную антенну, в соответствии с настоящим изобретением.
На Фиг.1B схематически представлен первый пример печатной платы узла оптической линзы, представленного на Фиг.1А.
На Фиг.2 схематически представлен второй пример печатной платы в соответствии с настоящим изобретением.
На Фиг.3 схематически представлен третьей пример печатной платы в соответствии с настоящим изобретением.
На Фиг.4 схематически представлен второй пример осуществления узла оптической линзы, содержащего подузел рамочной антенны, в соответствии с настоящим изобретением.
На Фиг.5 представлена блок-схема антенны и контура приемника в соответствии с настоящим изобретением.
На Фиг.6 представлена блок-схема антенны и контура передатчика в соответствии с настоящим изобретением.
На Фиг.7 представлена блок-схема контура индуктивной зарядки в соответствии с настоящим изобретением.
На Фиг.8 представлена блок-схема контура передатчика в комбинации с узлом оптической линзы, содержащим антенну и приемник, в соответствии с настоящим изобретением.
На Фиг.9 представлена блок-схема первичного индуктивного контура в комбинации с вторичным индуктивным контуром, встроенным в узел оптической линзы, в соответствии с настоящим изобретением.
На Фиг.10 представлена блок-схема системы индуктивной зарядки контактной линзы, встроенной в контейнер для хранения контактной линзы, в соответствии с настоящим изобретением.
На Фиг.11 схематически представлена четырехвитковая спиральная антенна, которую можно использовать как для осуществления связи, так и передачи энергии, в соответствии с настоящим изобретением.
На Фиг.12 схематически представлена конфигурация многоярусной структуры микросхемы в соответствии с настоящим изобретением.
На Фиг.13 схематически представлен вид в сечении конструкций для реализации антенн в контактных линзах, где проводники антенн изолированы от проводящей слезной пленки, в соответствии с настоящим изобретением.
На Фиг.13А представлен вид в разрезе дорожек антенны на подложке с изоляцией в соответствии с настоящим изобретением.
На Фиг.14 представлено упрощенное схематическое изображение контактной линзы и одновитковой рамочной антенны в соответствии с настоящим изобретением.
На Фиг.15 схематически представлена дорожка антенны с паразитной связью в соответствии с настоящим изобретением.
На Фиг. 16A и 16B схематически представлена антенна на печатной плате в соответствии с настоящим изобретением.
Подробное описание вариантов осуществления изобретения
На Фиг.1A показан первый пример осуществления узла оптической линзы 100. Хотя в примере описывается контактная линза, важно отметить, что настоящее изобретение можно использовать и в любом ряду других устройств, имеющих медицинские и офтальмологические применения, а также в любых из ряда устройств, где применяются линзы, таких как камеры, бинокли и микроскопы. Пример узла оптической линзы 100 содержит конструкцию линзы 102, печатную плату 104, электронный контур 106, расположенный на печатной плате 104, а также одновитковую рамочную антенну 108, также расположенную на печатной плате 104, чтобы не вносить изменений в конструкцию линзы 102. Используемая в настоящем документе конструкция линзы 102 может включать в себя часть узла, которая действует как оптическая линза и необязательно в качестве отдельного компонента, а скорее участка компонента, такого как переформование гидрогеля. Электронный контур 106 и антенну 108 можно соединить с печатной платой 104 или установить на нее любыми допустимым способами, например пайкой, проводной связью, проводящей эпоксидной смолой, проводящими чернилами и проводящим полимером, а также в любой допустимой конфигурации для любого ряда применений. Используемая в настоящем документе печатная плата 104 может включать в себя любую соответствующую подложку, включая медные дорожки на гибкой полиимидной подложке с поверхностным покрытием никель-золото. Печатные платы более подробно описаны ниже. Электронный контур 106 может содержать один или более электронных компонентов 110, установленных на печатной плате 104, и печатная плата 104 может содержать связанные проводящие дорожки 112 для связывания одного или более электронных компонентов 110. Печатную плату 104 можно прикрепить к конструкции линзы 102 любыми допустимыми способами. Например, печатную плату 104 можно механически прикрепить к конструкции линзы 102 для образования жесткого компонента узла оптической линзы 100. Одновитковую рамочную антенну 108 можно получить из любого ряда допустимых проводящих материалов и выполнить с использованием любого ряда методов. В показанном примере осуществления антенну 108 можно создать посредством прокладки контактных дорожек на печатной плате 104 и расположения их таким образом, чтобы образовать электромагнитную конструкцию с предварительно определенными характеристиками для работы в качестве антенны, такими как направленность, эффективность и/или усиление, при имплантации или размещении в глазу или в качестве индуктора для магнитного соединения с другим индуктором. Одновитковую рамочную антенну 108 можно электрически соединить с электронным контуром 106 с помощью контактных дорожек 112. Как отмечалось выше, антенну можно изготовить из любого ряда допустимых проводящих материалов и сплавов, включая медь, серебро, золото, никель, оксид индия и олова и платину. Антенну предпочтительно изготовить из инертного биосовместимого материала.
На Фиг.1В показаны дополнительные детали печатной платы 104 примера узла оптической линзы 100, представленного на Фиг.1А. Печатная плата 104 может содержать установочные площадки 114 для обеспечения электрического подключения и установки электрических компонентов 110 (Фиг.1A). Установочные площадки 114 могут быть выполнены из любого ряда допустимых материалов, например, площадки 114 могут быть выполнены с металлическим слоем, который образует металлические дорожки 112, и также могут покрываться, или лучше напыляться, с помощью любого допустимого способа с образованием дополнительных металлических слоев для улучшения технологичности и надежности, как известно специалисту в данной области. Печатную плату 104 также можно выполнить с отверстием 116, внутри которого можно установить конструкцию линзы или оптическую секцию 102 (Фиг.1А) или через которое конструкция линзы, установленная на одной из сторон печатной платы 104, может обеспечивать прохождение света. Печатная плата 104 может содержать проводящие и изолирующие слои, например паяльную маску для покрытия верхнего проводящего слоя или изоляторы для разделения проводящих слоев, как более подробно описано ниже. Существует большое разнообразие альтернативных конфигураций.
На Фиг.2 показан альтернативный пример печатной платы 204, которую можно использовать с узлом оптической линзы 100, показанным на Фиг.1А. Печатная плата 204 содержит проводящие соединительные дорожки на верхней стороне (поверхности) 212а и проводящие соединительные дорожки на нижней стороне (поверхности) 212b (показаны пунктиром), сквозные отверстия или перемычки 218 для электрической связи между верхней и нижней сторонами, установочные площадки 214, центральное отверстие 216 и многовитковую рамочную антенну 220 вместо одновитковой рамочной антенны. Многовитковая рамочная антенна 220 содержит два и более витка провода, проводящих дорожек или т.п., образованных на любой из верхней или нижней сторон печатной платы 204. Если на противоположных сторонах используют множество антенн, для их соединения можно использовать сквозные отверстия или перемычки 208. Подразумевается, что печатная плата 204 может содержать дополнительные металлические слои и что для создания конструкции многовитковой рамочной антенны 220 можно использовать любую комбинацию слоев.
На Фиг.3 показан еще один альтернативный пример печатной платы 304, которую можно использовать с узлом контактной линзы 100, показанным на Фиг.1А. Печатная плата 304 содержит проводящие соединительные дорожки на верхней стороне 312а, проводящие соединительные дорожки на нижней стороне 312b (показаны пунктиром), сквозные перемычки 318, установочные площадки 314, центральное отверстие 316 и одно или более конструкций спиральной антенны 320. Каждая из одной или более конструкций спиральной антенны 320 содержит один или более витков провода, проводящих дорожек или т.п., образованных либо на металлическом слое на верхней стороне, либо на металлическом слое на нижней стороне, либо на металлическом слое на верхней стороне и нижней стороне печатной платы 304. При использовании одной или более конструкций антенны 320 на противоположных сторонах сквозные перемычки 318 можно использовать для обеспечения соединения между ними. Подразумевается, что печатная плата 304 может содержать дополнительные металлические слои и что для создания конструкций спиральной антенны 320 можно использовать любую комбинацию слоев. В альтернативном варианте осуществления конструкции антенны можно встроить во внутренний проводящий слой, причем другие проводящие слои располагаются выше и/или ниже конструкций антенны 320.
На Фиг.4 показан другой пример осуществления узла оптической линзы 400. Узел оптической линзы 400 содержит конструкцию линзы или оптику 402, печатную плату 404, электронный контур 406 и подузел рамочной антенны 408. Электронный контур 406 может содержать электронные компоненты 410, установленные на печатной плате 404, и печатная плата 404 может иметь проводящие соединительные дорожки 412 для связывания электронных компонентов 410. Как и в описанных выше примерах осуществления, электронные компоненты могут быть соединены с печатной платой 404 любым допустимым образом, включая использование установочных площадок (не показаны). Печатную плату 404 можно прикрепить к конструкции линзы 402 любыми допустимыми способами. Например, печатную плату 404 можно механически прикрепить к конструкции линзы 402 для образования жесткого компонента узла оптической линзы 400. Подузел рамочной антенны 408 может содержать один или более витков провода или т.п. на круговой форме для создания электромагнитной конструкции с необходимыми характеристиками для выполнения функции антенны, такими как направленность, эффективность или усиление при имплантации или размещении в глазу, или индуктора для магнитного связывания с другой индуктивной катушкой. Подузел рамочной антенны 408 можно электрически соединить с электронным контуром 406 с помощью контактных дорожек 412 и электронных компонентов 410. Существенное или основное различие между узлом оптической линзы, представленным на Фиг.1А, и узлом оптической линзы, представленным на Фиг.4, касается антенны. Устройство, представленное на Фиг.1А, содержит одновитковую рамочную антенну 108, выполненную на печатной плате 104, тогда как устройство, представленное на Фиг.4, содержит подузел рамочной антенны 408, отделенный от печатной платы 404. Данная конструкция может обеспечить преимущества при изготовлении, по расходам, характеристикам антенны, а также другим параметрам. Подузел антенны 408 можно встроить в линзу 402, например, как проводник или печатные катушки внутри компонента линзы.
Важно отметить, что печатные платы, описанные в настоящем документе, можно выполнить из любого ряда биосовместимых материалов или комбинации материалов с использованием любого ряда методов изготовления. Более подробная информация представлена ниже.
На Фиг.11 показан пример осуществления одной антенны 1100, которую можно использовать как для одной из функций взаимодействия или передачи энергии, так и для обеих функций вместе. Одна антенна 1100, представленная на Фиг.11, выполнена в виде одной четырехвитковой спиральной антенны с первой точкой отвода 1102 после первого витка и второй точкой отвода 1104 после четвертого витка. Точка отвода на первом витке 1102 рассчитана, например, на 900 МГц, тогда как точка отвода на четвертом витке 1104 рассчитана на 13,5 МГц. Высокочастотный фильтр 1106 соединен с первой точкой отвода 1102, тогда как низкочастотный фильтр 1108 соединен со второй точкой отвода 1104. Высокочастотный фильтр 1106 может подавать электрический сигнал на РЧ-контур приема или передачи, например, для осуществления связи или отбора мощности. Низкочастотный фильтр 1108 также может подавать электрический сигнал на низкочастотный контур приема или передачи, например, для осуществления связи или отбора мощности. Низко- и высокочастотные фильтры можно выполнить в большом разнообразии конфигураций с использованием большого разнообразия компонентов и/или программного обеспечения, известных специалисту в соответствующей области.
Как известно специалистам в соответствующей области, печатные платы обычно производят или изготавливают с одним или более слоями стекловолокна в виде листов, упрочненных за счет ламинирования эпоксидом, таких как эпоксистекловолокно FR-4 или полиимидный гибкий материал, для получения гибкой печатной платы. Проводящие контактные дорожки можно создать посредством нанесения покрытия из изолирующего слоя с предварительно определенной толщиной меди или другого допустимого проводящего материала с нанесением на нее фоторезистивного материала и селективным нанесением рисунка и травлением материала на основе необходимой разводки схем. Многослойные платы можно скреплять клейким слоем. Верхние дорожки платы затем можно покрыть материалом никель-золото или другими материалами для обеспечения соответствующей коррозионной стойкости, возможности пайки и сварки.
Дорожки антенны можно создать непосредственно внутри контактной линзы или оптической вставки. Процесс формования линзы может допускать вставку антенны или ее нанесение на поверхность полимера контактной линзы. В процессе изготовления антенну можно наносить в форме печатной, способной к отверждению дорожки. Вставку, содержащую антенну, можно добавить к контактной линзе в процессе формования. Антенну можно изготовить на оптической вставке посредством селективного нанесения металла, нанесения на большую площадь с последующим выборочным удалением металла, нанесения жидкого способного к отверждению проводника или иными способами. Функциональные характеристики антенны аналогичны описанным характеристикам печатной платы; однако для физической реализации вместо стандартных материалов печатных плат используют полимеры или пластик.
Подузел катушки можно изготовить посредством намотки покрытого эмалью провода на цилиндрическую форму, которая является частью узла линзы. В альтернативном варианте осуществления провод можно наматывать на внешнюю часть самой конструкции линзы и необязательно приваривать (приклеивать) или иным образом присоединять к конструкции линзы. Для фиксации положения витков можно использовать любые допустимые способы крепления провода к линзе, например микропетли. В еще одном альтернативном варианте осуществления катушку можно создать посредством селективного травления, например, с помощью лазера или механических средств, в виде спирали или круговой структуры проводящих дорожек в проводящем слое на внешней или внутренней части узла линзы.
Антенну на контактной линзе также можно создать, сначала изготовив конструкцию многоярусной структуры микросхемы, которую затем встраивают в контактную линзу. Антенну можно изготовить на круговом слое/в виде шайбы или дуги с проводящими дорожками на одной или обеих сторонах слоя, на материалах подложки, таких как стекло, кремний или оксид алюминия, с использованием соответствующей технологии допирования металлами. Слой антенны можно комбинировать с другими слоями для образования электронной системы, потенциально включающей в себя аккумуляторы, датчики и любой ряд других электронных контуров или устройств. Антенны можно выполнить в виде полных витков или частичных витков на противоположных сторонах устройства или с обходом других устройств, и все они связаны через сквозные отверстия и/или перемычки.
На Фиг.12 показан пример многоярусной структуры микросхемы, встроенной в контактную линзу 1200. Как показано на Фигуре, контактная линза содержит оптическую зону линзы 1202, один или более слоев электронных компонентов 1204 и по меньшей мере один слой антенны 1206. Оптическая зона линзы 1202 содержит фронтальную оптику, тыльную оптику и металлический фланец 1208 по своему периметру. Многоярусный узел инкапсулирован в полимере, образующем линзу 1200. Важно отметить, что любую из антенн, описанных в настоящем документе, включая одновитковую рамочную антенну, многовитковую рамочную антенну, спиральную антенну или подузел рамочной антенны, также можно инкапсулировать в полимере, образующем линзу, с подложкой или без нее.
Независимо от физической реализации проводящих дорожек антенны, например, в виде витка провода, на печатной плате, с использованием многоярусных структур микросхем или проводящих дорожек, нанесенных непосредственно на и/или внутри материала, образующего линзу, дорожки антенны предпочтительно необходимо изолировать от окружающих проводящих жидкостей внутри глаза или на его поверхности. Слезная пленка глаза состоит из трех слоев. Первый слой, или нижний слой, покрывает глаз и содержит муцин, который создается клетками конъюнктивы, так называемыми бокаловидными клетками. Муцин заполняет микроскопические неровности на поверхности глаза или в ней, что важно для четкого зрения. Второй слой, или средний слой, слезной пленки содержит водное вещество, составляющее большую часть слезной пленки. Подавляющая часть водного компонента продуцируется или секретируется главной слезной железой. Третий слой, или верхний слой, слезной пленки содержит тонкий слой маслянистого секрета, выделяемого мейбомиевыми железами, который препятствует слишком быстрому испарению слез. Внутриглазная жидкость представляет собой прозрачную, похожую на воду жидкость внутри передней камеры между роговицей и хрусталиком глаза, которая по составу аналогична плазме крови. Жидкая часть стекловидного тела представляет собой гелеобразную жидкость в задней камере между хрусталиком и сетчаткой глаза. Как слезы, так и внутриглазная жидкость могут содержать проводящие компоненты. Таким образом, без надлежащей изоляции между дорожками антенны возможны нежелательные короткие замыкания, или же характеристики антенны могут ухудшаться из-за присутствия находящейся поблизости проводящей жидкости или материала с высокой диэлектрической проницаемостью. Например, как отмечалось выше, слезная пленка содержит проводящий раствор из воды и ионов солей. Ткани человека, как и слезная пленка, также проявляют диэлектрические свойства, что может повлиять на настройку, частотный отклик и эффективность антенны.
На Фиг.13 в сечении показаны три примера осуществления конфигураций антенны в линзах, например в контактных линзах. Как показано на Фигуре, линза 1300 содержит гибкую печатную плату 1302, на которую можно нанести дорожки антенны 1304. На печатной плате 1302 также устанавливают модуль линзы 1306 и электронные компоненты 1308. На дорожки антенны наносят изолирующий слой 1310. Весь узел инкапсулирован в полимере контактной линзы 1312. Как показано на Фигуре, линза 1320 содержит многоярусную структуру микросхемы 1322 со слоем антенны 1326 в качестве верхнего слоя. Многоярусная структура 1322 микросхемы также содержит ряд слоев электронных компонентов 1328, 1330 и 1332, расположенных слоями. Слой 1328 может содержать ряд функциональных компонентов, например, интегральную схему РЧ-приемника. Слой 1330 может содержать, например, многослойный аккумулятор или другие устройства для накопления энергии. Слой 1332 может содержать дополнительную схему или антенны. Изолирующий слой 1324 можно наносить на поверхность слоя антенны 1326. Необходимо еще раз отметить, что весь узел инкапсулирован в полимере контактной линзы. Как показано на Фигуре, линза 1340 содержит антенну 1342, установленную непосредственно на полимер, образующий линзу 1344, с расположенным на ней изолирующим слоем 1348. Интегральную схему 1346 можно соединить с антенной 1342, например, в качестве РЧ-приемника. Весь узел инкапсулирован в полимере контактной линзы.
Изолирующие слои 1310, 1324 и 1348 можно наносить с помощью любого ряда способов. Например, на печатную плату обычно наносят слой паяльной маски, который изолирует все дорожки, кроме определенных площадок, которые остаются без покрытия для обеспечения подключения компонентов, таких как дискретные компоненты, аккумулятор и/или интегральные схемы. В случае многоярусного размещения для крепления и упаковки можно использовать стандартные методы подзаливки или другие клеи или инкапсулирующие вещества. В случае конструкции с использованием дорожек антенны, расположенных непосредственно на оптическом полимере, изолирующий слой можно нанести стандартными методами нанесения или покрытия, известными в полупроводниковой промышленности. Любой из данных подходов может предусматривать дополнительную изоляцию или инкапсулирование, например, покрытие парафином, нанесение диэлектрика, покрытие погружением, покрытие центрифугированием или окраску. Изолирующий материал должен иметь достаточную диэлектрическую прочность при наличии приложенного электромагнитного поля с учетом конкретной геометрии и разделения дорожек.
На Фиг.13А показана контактная линза 1360 в сечении с множеством компонентов, включая дорожки антенны на подложке с нанесенной на них изоляцией. Подложка 1362 может содержать любую допустимую поверхность, включая печатную плату, кремний или другой материал, используемый в многоярусном узле, оптический пластик/полимер или любой другой материал подложки, допустимый для использования с оптикой и металлическим допированием. Дорожки антенны 1364 можно выполнить на подложке 1362 с использованием любого допустимого способа, такого как описанный в настоящем документе. Антенну, выполненную как узел проводов, невозможно выполнить непосредственно на подложке. Изолирующий слой 1366 обеспечивает электрическую и механическую изоляцию между дорожками антенны 1364, а также между дорожками антенны 1364 и окружающей средой, которая может включать в себя биосовместимый полимер 1368 и окружение глаза 1370, которое включает в себя слезную пленку и т.п., контактирующую с линзой 1360. Изолирующий слой 1366 и слой биосовместимого полимера 1368 также могут обеспечить как химическую, так и механическую изоляцию для дорожек антенны 1364 и подложки 1362.
Физическое разделение антенны и находящихся поблизости веществ с высокой проницаемостью или находящихся поблизости объектов, подключенных к различным узлам контура, может влиять на частотный отклик антенны, настройку и эффективность. Вокруг рамочной антенны может распределяться паразитная емкость, по существу приводя к отклонению характеристик от расчетных. Другие дорожки платы должны располагаться как можно дальше от дорожек антенны во избежание паразитной связи. Для расчета конструкции антенны в присутствии находящихся поблизости объектов и веществ следует проводить моделирование электромагнитного поля.
На Фиг.15 схематически представлена паразитная связь дорожки антенны. Дорожку антенны 1502 можно нанести на любую допустимую подложку 1500, которая может включать в себя печатную плату или многоярусный узел, с помощью любых допустимых способов, таких как описанные в настоящем документе. Другие компоненты 1506, установленные на подложке 1500 и размещенные в непосредственной близости от дорожки антенны 1302, могут соединяться с дорожкой антенны 1502 за счет паразитной емкости, создаваемой конденсатором 1504. Как описано выше, а также как известно специалистам в данной области, данная связь может существенно влиять на характеристики антенны. Однако данную паразитную связь можно ограничить за счет увеличения расстояния 1508 между дорожкой антенны 1502 и другими компонентами 1506 по расстоянию или с помощью экранирующего материала.
На Фиг. 16A и 16B схематически представлена концепция, сформулированная на Фиг.15. На Фиг.16А показана дорожка антенны 1602 на печатной плате 1614, которая располагается вблизи от дорожек 1604, 1606, 1608 и 1610, а также электронного компонента 1612. Каждая из данных проводящих дорожек и/или электронных компонентов может приводить к образованию распределенной паразитной емкости вдоль дорожки антенны 1602. Таким образом, на Фиг.16В показано одно из решений, где дорожка антенны 1602′ на печатной плате 1614′ отделена от дорожек 1604′, 1606′, 1608′ и 1610′, а также от компонента 1614′, что позволяет снизить паразитную емкость и улучшить характеристики антенны.
Антенны или антенные системы могут служить в качестве средства приема сигналов, средства передачи сигналов, в качестве средства индуктивной связи или любой их комбинации. Функция антенны определяет ее конструкцию, а также ее опорную схему. Например, антенну можно соединить с контуром приемника, контуром передатчика, контуром индуктивной связи или любой их комбинацией. По существу антенна представляет собой электрическое устройство, которое преобразует электромагнитные колебания в электрические сигналы, электрические сигналы в электромагнитные колебания или электрические сигналы в другие электрические сигналы. В представленном ниже описании основное внимание уделяется трем различным применениям антенны и связанной с ней схеме.
Важно отметить, что схемы контуров, представленные и описанные ниже, можно выполнить рядом способов. В одном примере осуществления схемы контуров можно выполнить с использованием дискретных аналоговых компонентов. В другом примере осуществления схемы контуров можно выполнить в интегральных схемах или в комбинации интегральных схем и дискретных компонентов. В еще одном альтернативном примере осуществления схемы контуров или отдельные функции можно выполнить с помощью программного обеспечения, выполняемого микропроцессором или микроконтроллером.
На Фиг.5 показан пример антенны 502 и связанного с ней радиоприемника 500. Электронная схема радиоприемника 500 содержит контур согласования антенны 504, контур приемника 506, контроллер 508, привод 510, аккумулятор 512 и контур управления питанием 514. В данной конфигурации антенна 502 выполнена с возможностью приема электромагнитного сигнала 501 и передачи принятого электрического сигнала на контур согласования антенны 504. Контур согласования антенны 504 может содержать любую допустимую схему, необходимую для баланса импеданса между источником и нагрузкой, чтобы максимально увеличить передачу энергии и/или свести к минимуму отражение от нагрузки. Импеданс антенны по существу представляет собой отношение напряжения к току в любой точке антенны, и для эффективной работы импеданс антенны должен соответствовать нагрузке, и, таким образом, используют контур согласования. В данном случае контур согласования 504 выполнен с возможностью обеспечения соответствия импеданса между антенной 502 и контуром приемника 506 для оптимального подбора мощности, согласования шума или другого условия согласования, как известно специалистам в области радио и разработки электрических схем. Контур приемника 506 содержит любую допустимую схему, необходимую для обработки модулированного сигнала, принимаемого антенной 502, и передачи демодулированного сигнала на контроллер 508. Для ясности следует добавить, что модуляция включает в себя изменение одного или более характеристик сигнала или электромагнитного колебания. Например, колебание может иметь амплитудную модуляцию (АМ), частотную модуляцию (ЧМ) или фазовую модуляцию (ФМ). Существуют и другие формы как аналоговой, так и цифровой модуляции. С другой стороны, демодуляция включает в себя извлечение исходного информационного сигнала из модулированной несущей волны. Именно данный демодулированный информационный сигнал передает инструкции на контроллер 508. В свою очередь, контроллер 508 передает управляющий сигнал на привод 510 на основе демодулированного сигнала, чтобы контролировать состояние или работу привода 510. Управляющий сигнал может дополнительно зависеть от внутреннего состояния контроллера (например, для выполнения управляющих алгоритмов) и/или любых других схем, соединенных с контроллером (например, для выполнения системы управления обратной связью или для изменения работы привода на основе другой информации, такой как информация на основе данных датчика). Аккумулятор 512 обеспечивает источник электроэнергии для всех компонентов в электрическом контуре 500, требующих питания, т.е. активных компонентов. Контур управления питанием 514 выполнен с возможностью питания током от аккумулятора 512 и поддерживает или регулирует его для обеспечения рабочего выходного напряжения, допустимого для использования другими активными контурами в электронной схеме 500. Контроллер 508 также можно использовать для управления контуром приемника 506 или другими контурами в приемнике 500. Антенна 502 может иметь одну или более конфигураций, описанных в настоящем документе. Например, она может представлять собой одновитковую рамочную антенну, многовитковую рамочную антенну, спиральную антенну, подузел рамочной антенны или конфигурацию или многоярусную структуру микросхемы.
Как известно специалистам в соответствующей области, для оптимальной передачи энергии между антенной и приемным и/или передающим контуром требуется согласование импеданса на антенне и импеданса на контуре. Оптимальная передача энергии по существу происходит при отсутствии реактивных компонентов импедансов антенны и контура и равенстве резистивных компонентов импедансов. Можно применять согласующий контур для соединения антенны с контуром, который отвечает критерию оптимальной передачи энергии для каждого устройства, тем самым обеспечивая оптимальную передачу энергии между антенной и контуром. В альтернативном варианте осуществления можно выбрать другой критерий оптимизации другого параметра, такого как максимальный ток или напряжение в цепи. Согласование контуров хорошо известно специалистам в области и может выполняться с использованием дискретных компонентов, таких как конденсаторы, индукторы и резисторы, или проводящих конструкций, таких как дорожки печатной платы, которые обеспечивают необходимые характеристики импеданса.
Значения импеданса РЧ-замкнутых микроантенн, как правило, составляют от 20 до 50 нГн, а согласующие контуры обычно включают в себя конденсаторы в диапазоне от 0,5 до 10 пФ и индукторы от 3 до 50 нГн. Значения импеданса катушек индуктивного заряда, как правило, составляют от 100 нГн до 5 нГн, а связанные с ними конденсаторы для резонанса контуров составляют от 20 до 100 пФ.
Привод 510 может содержать любой ряд допустимых устройств. Например, привод 510 может содержать любой тип электромеханического устройства, например, насос или преобразователь. Привод также может содержать электрическое устройство, устройство дозирования химического вещества или любую их комбинацию. Привод 510 можно заменить управляемым устройством, таким как светодиод или диодная матрица, или любой другой допустимый дисплей, или интерфейс пользователя. Иными словами, контур 500 может использовать привод (активирующее устройство) или управляемое устройство (пассивное устройство). Используемый в настоящем контексте термин «пассивное устройство» означает устройство, которое не передает сигнал на другое устройство или не управляет им, например, приводы, такие как двигатели, являются активными, тогда как дисплеи или мониторы являются пассивным. Однако в электронной терминологии существуют пассивные электронные устройства, такие как резисторы, конденсаторы и индукторы, и активные устройства, такие как транзисторы. В данном контексте активные устройства представляют собой устройства, способные менять свои «рабочие характеристики», такие как транзисторы.
Аккумулятор 512 может содержать любое допустимое устройство для накопления электрической энергии. Например, аккумулятор 512 может содержать неперезаряжаемый электрохимический элемент, перезаряжаемый электрохимический элемент, энергоемкий электрохимический элемент и/или конденсатор. В альтернативных примерах осуществления аккумулятор может не потребоваться, как показано выше в случае РЧ-аккумулирования энергии или индуктивного связывания в ближней зоне. В альтернативном варианте осуществления для генерации или аккумулирования энергии можно использовать механическую вибрацию и аналогичные средства.
Контур управления питанием 514 может содержать дополнительную схему для большого разнообразия функций помимо регулирования выходных показателей аккумулятора 512. Например, контур управления питанием 514 может содержать схему мониторинга различных параметров аккумулятора, таких как заряд, чтобы предотвратить чрезмерный разряд аккумулятора и контролировать запуск и отключение электронного контура 500.
На Фиг.6 показана антенна 602 и связанный с ней радиопередатчик или контур радиопередатчика 600. Электронная схема радиопередатчика 600 содержит контур согласования антенны 604, контур передатчика 606, контроллер 608, аккумулятор 610, контур управления питанием 612 и датчик 614. В данном примере осуществления антенна 602 выполнена с возможностью приема согласованного переданного электрического сигнала от контура согласования 604 и передачи или излучения передаваемого электромагнитного сигнала 601 на основе переданного электрического сигнала. Как и в описанном выше случае, контур согласования 604 может быть выполнен с возможностью обеспечения соответствия импеданса между антенной 602 и контуром передатчика 606 для оптимального подбора питания, согласования шума или другого условия согласования, которое известно специалисту в области обработки сигналов. Контроллер 608 соединен с датчиком 614 и выполнен с возможностью приема сигнала данных датчика от него, но не работает параллельно с приводом. Датчик 614 может представлять собой любой тип датчика, включая механические датчики, химические датчики и/или электрические датчики. Контроллер 608 подает сигнал передачи данных на контур передатчика 606 на основе сигнала данных датчика, поступающего от датчика 614. Сигнал передачи данных может дополнительно зависеть от внутреннего состояния контроллера 608 и/или состояния других контуров, соединенных с контроллером 608. Как и в предыдущих случаях, аккумулятор 610 обеспечивает источник потенциальной электроэнергии для любых компонентов, требующих питания (активных компонентов). Необходимо еще раз отметить, что контур управления питанием 612 выполнен с возможностью получения тока от аккумулятора 610 и подачи регулируемого напряжения на другие активные компоненты в контуре 600. Антенна 602 может иметь одну или более конфигураций, описанных в настоящем документе. Например, она может представлять собой одновитковую рамочную антенну, многовитковую рамочную антенну, спиральную антенну, подузел рамочной антенны или конфигурацию или многоярусную структуру микросхемы.
На Фиг.7 показан электронный контур 700, содержащий приемник индуктивного заряда. Электронный контур 700 содержит контур выпрямителя 702, контур зарядки аккумулятора 704, аккумулятор 706, контур управления питанием 708, контроллер 710 и привод 712. Вторичный индуктивный контур 714 соединен с контуром выпрямителя 702 и подает на него электрический сигнал. Вторичный индуктивный контур 714 по существу представляет собой индуктивный контур, в котором ток создается под действием магнитного поля от первичного контура (не показан). Самым простым образом, контур выпрямителя преобразует переменный ток в постоянный ток. Контур выпрямителя 702 показан в своей простейшей форме, по существу с использованием диода, обеспечивающего движение тока в одном направлении. Индуктивный контур 714 также показан в своей простейшей форме с катушкой, ток в которой используют для создания магнитного поля. Оба данных контура могут быть гораздо более сложными в зависимости от требований отдельного применения. Специалистам в данной области будет очевидно, что существует множество альтернативных примеров осуществления резонансных контуров и контуров выпрямителя, включая двухполупериодные мостовые выпрямители, которые по усмотрению можно соединять с индукторами, с ответвлением вторичной обмотки, что может повысить эффективность выпрямления, но такие варианты по существу выполняют такую же или аналогичную функцию. Контур выпрямителя 702 обеспечивает выпрямление электрического сигнала для подачи постоянного тока (-) на контур зарядки аккумулятора 704. Контур зарядки аккумулятора 704 соединен с аккумулятором 706, который также соединен с контуром управления питанием 708 и обеспечивает его питание. Важно отметить, что хотя на Фигуре представлено прямое подключение к общему узлу, соединенному с контуром зарядки аккумулятора, контуром управления аккумулятором и питанием, существует большое разнообразие возможных реализаций с раздельными «путями регулируемого питания», при котором переключатели и цепи переключения селективно связываются с одним или более устройствами. Контур управления питанием 708 может подавать регулируемое напряжение на контроллер 710 и привод 712. Контроллер 710 может быть дополнительно выполнен с возможностью приема сигнала индикатора от контура управления питанием 708 и обеспечения передачи управляющих сигналов на контур управления питанием 708. Контроллер 710 передает сигнал управления приводом на привод 712. В процессе работы контур зарядки аккумулятора 704 может регистрировать напряжение аккумулятора 706 и подаваемое напряжение от цепи выпрямителя 702. Если подаваемое напряжение превышает напряжение аккумулятора и если напряжение аккумулятора ниже необходимого уровня заряда, контур зарядки аккумулятора 704 может производить заряд аккумулятора до тех пор, пока подаваемое напряжение не станет слишком низким или напряжение аккумулятора не достигнет необходимого уровня заряда. Контроллер 710 может работать в условиях контроля внутреннего состояния машины или ядра микропроцессора и программного обеспечения для периодического перехода в состояние низкого или высокого энергопотребления, а также для передачи на контур управления питанием 708 команды изменения режима работы и управления приводом 710. Контур управления питанием 708 может регистрировать напряжение аккумулятора и сообщать о состоянии заряда аккумулятора 706 сигналом индикатора. Работа контроллера 710 может зависеть от сигнала индикатора и, следовательно, от состояния заряда аккумулятора 706. Вторичный индуктивный контур 714 может содержать одну или более из одновитковой рамочной антенны, многовитковой рамочной антенны, конструкций спиральной антенны или подузла рамочной антенны.
На Фиг.8 показан пример передатчика и пример узла оптической линзы, содержащего приемник, как показано на Фиг.5. Как показано на Фигуре, вся система 800 содержит управляющий передатчик 802 и узел оптической линзы 804. Управляющий передатчик 802 может содержать антенну 806, контур передатчика 808, аккумулятор 810 и интерфейс пользователя 812. Интерфейс пользователя 812, например, может быть необязательным компонентом. Антенна 806 может содержать любое допустимое устройство, такое как устройства, описанные в настоящем документе. Важно отметить, что аккумулятор 810 может содержать любое допустимое устройство, включая перезаряжаемые аккумуляторы, неперезаряжаемые аккумуляторы, один или более конденсаторов и источник питания, который работает с преобразователем переменного тока, как описано выше. Интерфейс пользователя 812 соединен с контуром передатчика 808 и может быть обеспечен кнопками или аналогичными средствами, чтобы пользователь мог управлять состоянием контура передатчика 808 и/или наблюдать за ним. Иными словами, интерфейс пользователя 812 может содержать любые допустимые средства, с помощью которых пользователь или оператор может передать команду и обмениваться информацией с контуром передатчика 808, такие как кнопки, сенсорные дисплеи или любые другие известные средства. Контур передатчика 808 создает и подает электрический сигнал передачи на антенну 801 для распространения передаваемого электромагнитного сигнала 801. Передаваемый электромагнитный сигнал 801 может зависеть от управляющих данных, получаемых от пользователя/оператора, и/или может зависеть от внутреннего состояния передатчика 802. Узел оптической линзы 804 также может содержать антенну 814, электронный контур 816, который может быть по существу аналогичен контуру 500, представленному на Фиг.5, а также конструкцию линзы 818 с встроенными антенной 814 и электронным контуром 816.
На Фиг.8 показан пример передатчика и пример узла оптической линзы, а на Фиг.9 показан пример системы индуктивного заряда 902 и пример узла оптической линзы 904, включая вторичный индуктивный контур 906 и электронный контур 914. Система индуктивного заряда 902 содержит первичный индуктивный контур 908, индуктивный контур передатчика 910 и аккумулятор 912. Аккумулятор 912 является источником потенциальной электрической энергии для индуктивного контура передатчика 910. Индуктивный контур передатчика 910 создает и подает управляющий сигнал на первичный индуктивный контур 908 для создания переменного магнитного поля в первичном контуре 908. Первичный индуктивный контур 908 может иметь любую допустимую конструкцию, например, с использованием последовательного или параллельного соединения контуров, как хорошо известно специалистам в соответствующей области. Узел оптической линзы 904 содержит вторичный контур 906 и электронный контур 914. В процессе зарядки вторичный контур 906 может магнитным образом соединяться с первичным контуром 908 таким образом, чтобы наведенное магнитное поле индуцировало ток во вторичном контуре 906, который подается на электронный контур 914. Электронный контур 914 может содержать контур, по существу аналогичный контуру 700 (Фиг.7), а вторичный контур 906 может содержать любой тип антенны, такой как антенны, описанные в настоящем документе. Электронный контур 914 и вторичный контур 901 можно встроить в узел оптической линзы 916 любым допустимым способом, таким как любой из способов примеров осуществления, представленных в настоящем документе.
Систему зарядки, показанную на Фиг.9, можно использовать в любом ряду допустимых устройств. На Фиг.10 показан пример контейнера для контактных линз 1002 с встроенной системой зарядки. Пример контейнера для контактных линз 1002 содержит держатель для линз 1004, печатную плату 1006, индуктивный контур передатчика 1008, источник питания 1010 и первичную индуктивную конструкцию антенны 1012. Контактная линза 1014 содержит печатную плату 1016 и вторичную индуктивную конструкцию антенны 1018. Линза 1014 показана в профиль, и, таким образом, не показана оптическая конструкция. В процессе работы пользователь просто помещает линзу 1014 в держатель для линз 1004. Держатель для линз 1004 имеет такую форму, которая обеспечивает необходимую установку и достижение необходимого уровня магнитного связывания между вторичной индуктивной конструкцией антенны 1018 и первичной индуктивной конструкцией антенны 1012, которое отображается силовыми линиями магнитного поля 1001.
Как правило, для беспроводной связи выделяют диапазон частот около 900 МГц и 2,4 ГГц, где уровни мощности, разрешенные органами регулирования, являются достаточными для обеспечения взаимодействия и РЧ-аккумулирования энергии. К таким полосам частот относятся европейская полоса ISM 866 МГц, полоса ISM 915 МГц и полоса ISM 2,4 ГГц. Указанная среди единых частотных диапазонов RFID-полоса для передачи энергии приблизительно 13,56 МГц обеспечивает относительно высокую допустимую напряженность поля и достаточно высокую частоту для соединения с микроконструкциями. Независимо от стандартных частот и мощностей, использованных для отдельного применения, при использовании устройства в контакте или поблизости от биологического организма по соображениям безопасности может потребоваться корректировка различных параметров.
Аккумулирование энергии представляет собой процесс, в ходе которого энергия, полученная из любого ряда внешних источников, улавливается и затем сохраняется для использования. Типичный пример представляет собой систему RFID, в которой радиопередатчик передает РЧ-энергию для питания дистанционных устройств. ФКС и/или аналогичные органы регулирования устанавливают конкретные руководящие указания для передачи, включая уровни мощности, которые касаются различных аспектов, включая безопасные уровни энергии.
В альтернативном примере осуществления можно сконструировать линзы, в которых собственно линза реагирует на включение или отключение антенны без применения дополнительной электроники. Например, антенну 1400, показанную на Фиг.14, можно установить в линзе 1402 таким образом, чтобы при включении она могла вызвать трансформацию линзы 1402 в конкретную форму и/или конфигурацию или другую форму или форму и/или конфигурацию состояния покоя после отключения. Ее действие может быть аналогично использованию пьезоэлектрического материала. Антенны 1400 можно напрямую соединять с электрооптической линзой таким образом, чтобы ток, индуцированный в антенне при включении внешнего магнитного поля, воздействующего на линзу 1402, способствовал бы ее активации. Все, что необходимо для выполнения такой системы, по существу представляет собой удобный источник передачи энергии и приемную антенну, которые можно выполнить в пределах ограничений контактной линзы. Предпочтительно потребуется только антенна без дополнительных компонентов настройки.
Важно отметить, что в соответствии с настоящим изобретением можно использовать любой ряд конструкций антенн и связанных с ними схем. Антенну, составляющую предмет настоящего изобретения, можно использовать для ряда применений, включая активацию других элементов, включая коррекцию зрения, дозирование лекарственных препаратов и фотохромное затемнение, заряд встроенных аккумуляторов и аналогичных устройств для накопления энергии, постоянную подачу электропитания от дистанционного источника и аккумулирование энергии, передачу данных на линзу и/или с нее, а также в качестве датчика для самого глаза. Передаваемые данные на линзу и/или с нее могут включать в себя любой тип информации, включая биометрические сведения.
Как описано в настоящем документе, антенны могут иметь любой ряд форм, включая дорожки на печатной плате, витки провода, встроенные в линзу, печатное нанесение на линзу, а также форму слоя по методу многоярусной структуры микросхемы. Антенны подключают к связанным с ними контурам. Радиочастотное согласование можно осуществить с помощью дискретных компонентов, интегральных схем, интегрированных пассивных устройств, регуляторов и переключателей MEMS. Резонансные и нагрузочные конструкции включают в себя параллельное сопротивление для регулирования нагрузки и добротности, последовательные и/или параллельные резонансные контуры и настраиваемые конструкции для адаптирования к окружающей среде.
Любая антенна предпочтительно сконструирована для работы при ношении и встраивания в физиологическую среду в условиях ограничений допустимых площадей и объемов. Таким образом, предпочтительно использовать магнитные микроконтуры, поскольку монопольные и дипольные, а также аналогичные антенны непригодны для использования при ношении или в условиях физиологической среды.
Любую из антенн, описанных в настоящем документе, например, рамочных, а также любых других форм антенн, можно реализовать с использованием фрактальных конструкций, известных специалистам в соответствующей области, для оптимизации характеристик, включая размеры, эффективность, входной импеданс, полосу пропускания и многополосное применение. Фрактальная антенна по существу представляет собой любую конструкцию антенны, которая использует фрактал, самоподобную конструкцию для максимального увеличения длины или увеличения периметра материала, которая способна передавать и/или принимать электромагнитное излучение в пределах заданной полной площади поверхности или объема. Блоки настройки антенн для работы с фрактальными антеннами по существу не требуются в связи с широкой полосой пропускания и сложными резонансными характеристиками.
Как отмечалось в настоящем документе и как известно специалистам в данной области, функции антенн включают в себя передачу и/или прием электромагнитных волн. При проектировании антенн любой конструкции необходимо учитывать ряд ключевых факторов, которые включают в себя усиление, эффективность, импеданс, полосу пропускания, поляризацию, направленность и диаграмму направленности. Все данные факторы важны и могут меняться в зависимости от применения. Например, если антенна предназначается для использования в контактной линзе, ее предпочтительно выполняют в виде направленной антенны, причем основная излучаемая мощность проходит из глаза и в сторону от головы. Необходимую частоту и полосу пропускания можно выбирать или отбирать в зависимости от доступности и необходимой функциональности. Импеданс, т.е. отношение напряжения к силе тока на входе антенны, также можно определять на основе конкретных параметров конструкции.
Хотя показанные и описанные варианты осуществления считаются наиболее практичными и предпочтительными, очевидно, что специалистам в данной области представляются возможности отступления от конкретных описанных и показанных конструкций и способов, и их можно использовать, не выходя за пределы сущности и объема настоящего изобретения. Настоящее изобретение не ограничивается отдельными конструкциями, описанными и показанными в настоящем документе, но все его конструкции должны быть согласованы со всеми модификациями, которые могут входить в объем приложенной формулы изобретения.
1. Узел офтальмологической линзы, содержащий:
линзу, выполненную с возможностью размещения по меньшей мере либо внутри глаза, либо на поверхности глаза, причем линза включает в себя оптическую зону, выполненную с возможностью выполнения по меньшей мере одной из функций коррекции зрения, фиксации изображения или улучшения остроты зрения;
многоярусную структуру микросхемы, содержащую один или более слоев подложки, каждый имеющий верхнюю и нижнюю поверхности;
одну или более установочных площадок, прикрепленных к по меньшей мере одной или более верхней и нижней поверхностей одного или более слоев подложки;
один или более электронных компонентов, прикрепленных к одной или более установочных площадок и выполненных с возможностью управления коррекцией и улучшением остроты зрения; и
по меньшей мере одно антенное устройство, функционально связанное с одним или более электронными компонентами для обеспечения по меньшей мере одной из функций односторонней или двусторонней связи с одним или более электронными компонентами и передачи энергии, при этом указанное антенное устройство является изолированным от одного или более электронных компонентов для снижения паразитной емкости, и многоярусная структура, одна или более установочных площадок, один или более электронных компонентов и по меньшей мере одно антенное устройство инкапсулированы в линзе.
2. Узел офтальмологической линзы по п. 1, в котором линза представляет собой контактную линзу.
3. Узел офтальмологической линзы по п. 1, в котором линза представляет собой интраокулярную линзу.
4. Узел офтальмологической линзы по п. 1, в котором линза представляет собой очковую линзу.
5. Узел офтальмологической линзы по п. 1, в котором по меньшей мере одно антенное устройство содержит одну или более одновитковых рамочных антенн.
6. Узел офтальмологической линзы по п. 5, в котором каждая из одной или более одновитковых рамочных антенн содержит катушку из проводящего провода.
7. Узел офтальмологической линзы по п. 5, в котором каждая из одной или более одновитковых рамочных антенн содержит проводящую дорожку на печатной плате.
8. Узел офтальмологической линзы по п. 5, в котором каждая из одной или более одновитковых рамочных антенн содержит проводящую дорожку непосредственно на линзе.
9. Узел офтальмологической линзы по п. 5, в котором каждая из одной или более одновитковых рамочных антенн содержит проводящую дорожку на подложке, встроенной в многоярусную структуру микросхемы.
10. Узел офтальмологической линзы по п. 1, в котором по меньшей мере одно антенное устройство содержит одну или более многовитковых рамочных антенн.
11. Узел офтальмологической линзы по п. 10, в котором каждая из одной или более многовитковых рамочных антенн содержит катушку из проводящего провода.
12. Узел офтальмологической линзы по п. 10, в котором каждая из одной или более многовитковых рамочных антенн содержит проводящую дорожку на печатной плате.
13. Узел офтальмологической линзы по п. 10, в котором каждая из одной или более многовитковых рамочных антенн содержит проводящую дорожку непосредственно на линзе.
14. Узел офтальмологической линзы по п. 10, в котором каждая из одной или более многовитковых рамочных антенн содержит проводящую дорожку на подложке, встроенной в многоярусную структуру микросхемы.
15. Узел офтальмологической линзы по п. 1, в котором по меньшей мере одно антенное устройство содержит одну или более спиральных антенн.
16. Узел офтальмологической линзы по п. 15, в котором каждая из одной или более спиральных антенн содержит катушку из проводящего провода.
17. Узел офтальмологической линзы по п. 15, в котором каждая из одной или более спиральных антенн содержит проводящую дорожку на печатной плате.
18. Узел офтальмологической линзы по п. 15, в котором каждая из одной или более спиральных антенн содержит проводящую дорожку непосредственно на линзе.
19. Узел офтальмологической линзы по п. 15, в котором каждая из одной или более спиральных антенн содержит проводящую дорожку на подложке, встроенной в многоярусную структуру микросхемы.
20. Узел офтальмологической линзы по п. 1, в котором по меньшей мере одно антенное устройство содержит одну или более точек отвода.
21. Узел офтальмологической линзы по п. 1, в котором по меньшей мере одно антенное устройство имеет фрактальную конструкцию.
22. Узел офтальмологической линзы по п. 1, дополнительно содержащий изолирующий слой, выполненный с возможностью обеспечения защиты по меньшей мере одного антенного устройства.
23. Узел офтальмологической линзы по п. 1, в котором по меньшей мере одно антенное устройство функционально связано с линзой, при этом включение и отключение питания по меньшей мере одного антенного устройства приводит к механическому изменению в линзе.
