Traitement embarqué sur lentille de contact instrumentée : application à l'oculométrie

The eye is an organ of interest for accessing various biological parameters. To measure these parameters in a minimally invasive way, instrumenting a contact lens is a promising solution despite the volume and autonomy constraints. However, gaze direction, is usually measured with video-oculography eye-trackers. This approach, based on image processing, still has limited accuracy. To improve this accuracy, a camera-less solution is proposed. The idea is to use a contact lens integrating photodiodes associated with a specific illuminating eyewear. The gaze direction is computed by means of a barycentre with photo-currents. The computation and digitisation of the result are carried out by an integrated circuit located on the lens and powered by induction. The result is transmitted to the eyewear by near-field communication. The integrated circuit was manufactured in AMS 0.35 µm CMOS technology. Experimental measurements of the eye-tracker, with a prototype instrumented contact lens mounted on a mock-up eye, show that an accuracy of 0.2° is achievable, 2.5 times better than current mobile eye-trackers. The integrated circuit consumes less than 170 µW, and so can be powered by induction. Compared to other smart contact lenses, the one shown operates continuously at 250 Hz while also having a computing unit on board.L’œil est un organe d'intérêt pour accéder à différents paramètres biologiques. Pour mesurer ces paramètres de manière peu invasive, instrumenter une lentille de contact est une solution prometteuse malgré les contraintes de volume et d'autonomie. Cependant, la direction du regard est usuellement mesurée avec des oculomètres par vidéo-oculographie. Cette approche, basée sur du traitement d'image, présente encore aujourd'hui une précision limitée. Dans le but d'améliorer cette précision, une solution sans caméra est proposée. L'idée est d'utiliser une lentille de contact intégrant des photodiodes, associée à un éclairage spécifique situé sur des lunettes. La direction du regard est calculée au moyen d'un barycentre avec les photo-courants. Le calcul et la numérisation du résultat sont réalisés par un circuit présent sur la lentille et alimenté par induction. Le résultat est transmis vers les lunettes par communication en champ proche. Le circuit intégré a été fabriqué dans une technologie AMS CMOS 0,35 µm. Des mesures expérimentales de l'oculomètre, avec un prototype de lentille de contact instrumentée monté sur une maquette d’œil, montrent qu'une précision de 0,2° est atteignable, 2,5 fois mieux que les oculomètres mobiles actuels. Le circuit intégré consomme moins de 170 µW, pouvant donc être alimenté par induction. Par rapport aux autres lentilles instrumentées, celle présentée fonctionne en continue à 250 Hz tout en embarquant une unité de calcul