(57)【要約】【課題】  本発明は、盲目患者の網膜を電気的に刺激する人工眼システムに関し、より詳細には、様々な疾患レベルの患者にも適用可能で、低消費電力な人工眼システムを提供する【解決手段】  本発明によれば、人工眼用の刺激電流発生回路に光検知機能と低消費電力回路機能を同時に持つＣＭＯＳ技術を用い、更に人間の眼瞼運動によって制御される新しい信号伝送回路（テレメトリ回路）を用いたので、患者に無理なく利用可能な低消費電力の人工眼システムを提供できる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
眼球内に埋め込み、該眼球内網膜上の光を検知し、該検知した光の強弱を刺激電流として前記眼球内網膜に伝える人工眼システムにおいて、システム動作を眼瞼運動によって制御することを特徴とする人工眼システム。
【請求項２】
前記人工眼システムは、眼外装置と眼内装置とで構成し、前記眼外装置は、送信機と一次コイルを含み、前記眼内装置は、二次コイルと信号伝送回路とバイアス制御回路と刺激電流発生回路とを含み、前記二次コイルは前記信号伝送回路に接続され、前記バイアス制御回路は該信号伝送回路出力により前記刺激電流発生回路を制御することを特徴とする請求項１記載の人工眼シムテム。
【請求項３】
前記眼瞼運動によって制御する動作を前記信号伝送回路内で構成し、人間の眼瞼運動検出器と、その出力で制御されるクロックデータ再生回路とを含み、該クロックデータ再生回路出力のクロックにて、前記刺激電流発生回路の動作が制御されることを特徴とする請求項２記載の人工眼システム。
【請求項４】
前記人間の眼瞼運動検出器において、閉瞼の検知時間を１００ms以上としたことを特徴とする請求項３記載の人工眼システム。
【請求項５】
前記刺激電流発生回路は、前記検知した光の強弱を両極の電流パルスに変換することを特徴とする請求項２記載の人工眼システム。  
【請求項６】
前記刺激電流発生回路における前記両極の電流パルスは、正電流パルスのパルス幅、負電流パルスのパルス幅が制御でき、さらに、前記正電流パルスと前記負電流パルスの発生間隔を制御できることを特徴とする請求項５記載の人工眼システム。
【請求項７】
前記刺激電流発生回路における前記両極の電流パルスの、前記正電流パルスのパルス幅の制御、前記負電流パルスのパルス幅の制御および前記正電流パルスと前記負電流パルスの発生時間間隔の制御は、前記バイアス制御回路出力によって行われることを特徴とする請求項６記載の人工眼システム。
【請求項８】
前記バイアス制御回路は、レジスタと、該レジスタ出力を受けるＤＡＣ（ディジタル  アナログ  コンバータ）とを含み、該ＤＡＣ出力にて前記バイアス制御回路出力とすることを特徴とする請求項２記載の人工眼システム。
【請求項９】
前記レジスタは、前記眼外装置内の前記通信機より伝送されてきた信号を受けビット・データを生成し、前記ＤＡＣに出力することを特徴とする請求項８記載の人工眼システム。
【請求項１０】
システムの電源投入時に、まず動作入力データの待機モードとなり、前記動作入力データ入手後に、前記動作入力データに基づく動作を開始することを特徴とする請求項１記載の人工眼シムテム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、盲目患者の網膜を電気的に刺激する人工眼システムに関し、より詳細には、様々な疾患レベルの患者にも適用可能で、低消費電力な人工眼システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
末期の光受容体変性疾患を患っている盲目患者の網膜を電気的に刺激し、眼の代替を行う人工視覚器への関心が高まっている。この人工視覚器においては、患者の網膜損傷の程度に応じて、刺激電流波形のパラメータ（例えば頻度、振幅、パルス幅、および、パルス間隔）を調整する必要がある。これらの内容は、例えば、非特許文献１、非特許文献２に詳しく示されている。
【０００３】
しかしながら、眼内装置は、電力伝送、および、熱発生を十分に考慮して、できるだけ消費電力を低く保つことが要求されるが、これら文献に示された方法ではその解決策を十分には示していない。
【非特許文献１】W. Liu, et al., IEEE J. Solid-State Circuits 35 (2000) 1487
【非特許文献２】M. S. Humayun, et al., Vision Res. 39 (1999) 2569.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のように従来の人工眼システムは、網膜に与える伝記的刺激の波形パラメータを制御できるものの、その消費電力に問題があった。  
【０００５】
本発明は、効率の良い電力伝達手段を含み、かつ低電力化を図った人工眼システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、眼球内に埋め込み、眼球内網膜上の光を検知し、検知した光の強弱を刺激電流として眼球内網膜に伝える人工眼システムにおいて、システム動作を眼瞼運動によって制御することを特徴とする人工眼システムが得られる。    
【０００７】
また本発明は、具体的構成として、眼外装置と眼内装置とで構成する。眼外装置は送信機と一次コイルを含み、眼内装置は、二次コイルと信号伝送回路とバイアス制御回路と刺激電流発生回路とを含み、二次コイルは前記信号伝送回路に接続され、バイアス制御回路は前記信号伝送回路出力により前記刺激電流発生回路を制御することを特徴とする人工眼システムを提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、人工眼用の刺激電流発生回路に光検知機能と低消費電力回路機能を同時に持つＣＭＯＳ技術を用い、更に人間の眼瞼運動によって制御される新しい信号伝送回路（テレメトリ回路）を用いたので、患者に無理なく利用可能な低消費電力の人工眼システムを提供できるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
人工眼システムのブロック図、および、その概念図を図1, 2に示す。このシステムは、電磁誘導によって接続される眼外装置１、および、眼内装置２から成る。
眼外装置１は、一次コイル３を有する送信機４から成る。
眼内装置２は、二次コイル５と三次元構造人工眼チップ１０より構成されている。詳しくは、眼内装置２は、二次コイル５、人間の眼瞼運動によって制御される信号伝送（テレメトリ）回路６、バイアス制御回路７、刺激電流発生回路９を含む画素回路８から構成される。
【００１０】
図１のブロック図で示された人工眼システムを概念図で示すと図２のようになる。ブロック図で示された三次元構造人工眼チップ１０は、その構造に、光検知器１１、撮像回路１２、垂直配線１３、刺激電流発生回路９、信号伝送（テレメトリ）回路６、電極アレイ１４を含む。この三次元構造人工眼チップ１０は、ＣＭＯＳ多層構造を持つＬＳＩチップで、光検知機能と低消費電力回路機能を同時に持つ特徴を有している。また、多層の配線構造を取る事により小型化を実現し、患者の生体内に無理なく取り込める形態を実現している。
【００１１】
眼内装置２は、電力伝送、および、熱発生を十分に考慮して、できるだけ消費電力を低く保つことが要求される。
この必要条件を満たすために、眼内装置２には2つの状態を設定する。「EDIT」、および、「RUN」の状態である。
【００１２】
まず、「EDIT」状態を説明する。患者が眼瞼を閉じると、眼内装置２は「EDIT」状態へ移行する。このとき、刺激電流発生回路９は刺激電流のパルスをほとんど発生しないので、眼内装置２の消費電力は低くなる。信号伝送（テレメトリ）回路６は、「EDIT」状態の時に送信機４からデータ信号を取り込む。したがって、信号伝送（テレメトリ）回路６は刺激電流発生回路９と同時には動作しない。
これらの回路の詳細を図３、図４で説明する。
【００１３】
図3に示すように、バイアス制御回路７は、主制御部１５、同期回路１６、レジスタ１７、バイアス生成回路１８およびDAC（ディジタル  アナログ  コンバータ）１９から成る。
眼外から伝送されてレジスタ１７に格納されたビット・データに従って、DAC１９はバイアス電圧を供給する。これにより、刺激電流発生回路９に供給するバイアス電圧を眼外から制御して刺激電流波形パラメータを調整する。
【００１４】
次に本発明の主眼となる信号伝送（テレメトリ）回路６の動作について説明する。
この信号伝送（テレメトリ）回路６は、人間の眼瞼運動によって制御されるがそのブロック図を図4に示す。構成は、電力再生回路２０、クロック/データ再生回路２１、及び、人間の眼瞼運動検出器（DHEM）２２から成る。
【００１５】
患者が眼瞼を閉じると、刺激電流発生回路９が刺激電流パルスをほとんど発生しなくなるので、眼内装置２の電力消費量は低くなる。この「EDIT」状態の間に、クロック/データ再生回路２１がクロック信号、および、ビット・データを受信し、レジスタ１７にビット・データを格納する。
【００１６】
反対に、患者が眼瞼を開いている間に刺激電流発生回路９は刺激電流パルスを発生させる。この刺激電流発生回路９は、クロック信号を必要としないアナログ非同期回路で構成され、レジスタ１７に格納されているビット情報によって制御される。
患者が眼瞼を開いている間のこれら動作状態を「RUN」状態と呼び、この「RUN」状態の間は、クロック/データ再生回路２１に供給される電力を切り離すことによって、眼内装置２の電力消費量を減らすことができる。
【００１７】
図5にDHEM２２の詳細回路を示すが、DHEM２２は、人工眼への入射光をセンシングして人間の眼瞼運動を検出し、「EDIT」、および、「RUN」状態を制御する。
まばたきと閉瞼の状態を混同するのを防止するために、DHEM２２の時定数は、まばたき（ほぼ100ms）の時間よりも大きくなるように設定する。
刺激電流発生回路９は、例えば0.35μm、2層ポリシリコン、3層メタルのCMOS技術を使用してＬＳＩ化することが出来る。
【００１８】
図6は、光検出機能を有する刺激電流発生回路９の詳細回路図を示す。この構成によるＬＳＩを測定した結果を図7に示すが、この回路は入射光を検出し、その照度情報を両極の刺激電流パルスに変換できることを示している。図８は、負極の負電流パルス幅（Cathodic Pulse Width）のバイアス電圧（BIAS2）の特性を示すものである。図8に示すようにバイアス電圧（BIAS2）を制御することによって、負極の負電流パルス幅を約0.5msから5msまで調整可能である。また、負極の負電流パルス幅と同様にバイアス電圧（BIAS5,
BIAS4）を制御することにより、正極の正電流パルス幅を制御でき、又、両極の電流パルス間隔を約0.5msから5msまで調整できる。
また、システムの安定性向上のためには、電源投入直後の安定動作の仕組みが不可欠である。本発明の人工眼システムにおいては、電源を入れるとまず、自動的に待機モードとなる。次に、動作をするためのデータが送られた時点で動作モードに移行し、入力データの指示に基づいて先に説明した動作を開始するよう構成している。このことにより、電源投入時のシステムの暴走を防止できる。
【００１９】
以上のように、本発明による人工眼システムによれば、人間の眼瞼運動によって制御される新しい信号伝送（テレメトリ）回路を有し、このシステムでは、患者が眼瞼を開いている期間中は、信号伝送（テレメトリ）回路に供給される電力が切り離される。これにより眼内装置の電力消費量を減らすことが可能となり、発熱の少ない小型の人工眼システムを構成できる。又、プロトタイプ・チップに実装された刺激電流発生回路は、クロック信号を利用せずに刺激電流パルスを発生させることができるため更に低消費電力型のものを構成できる。
【００２０】
一方で、バイアス電圧を制御することによって、刺激電流の電流パルス幅、および、両極の電流パルス間隔を約0.5msから5msまで調整できるので、幅広い症状の患者に適用できる人工眼システムの構築が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明に係る人工眼システムは、末期の光受容体変性疾患を患っている盲目患者人工視覚器の分野に適用できる。
【００２２】
特に、患者の網膜損傷の程度に応じて、刺激電流波形のパラメータ（例えば頻度、振幅、パルス幅、および、パルス間隔）を容易に調整することが可能で、患者の症状に応じ広く用いることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】人工眼システムの概念ブロック図
【図２】人工眼システムの概念図
【図３】バイアス制御回路
【図４】信号伝送（テレメトリ）回路ブロック図
【図５】ＤＨＥＭ詳細回路
【図６】刺激電流発生回路の詳細回路
【図７】刺激電流発生回路の動作図
【図８】バイアス電圧対負電流パルス幅特性
【符号の説明】
【００２４】
１      眼外装置    
２      眼内装置    
３      一次コイル    
４      送信機    
５      二次コイル    
６      信号伝送回路  
７      バイアス制御回路    
８      画素回路  
９      刺激電流発生回路    
１０    三次元構造人工眼チップ    
１１    光検知器    
１２    撮像回路  
１３    垂直配線
１４    電極アレイ
１５    主制御回路
１６    同期回路
１７    レジスタ
１８    バイアス生成回路
１９    ＤＡＣ
２０    電力再生回路    
２１    クロックデータ再生回路
２２    人間の眼瞼運動検出器（DHEM）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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