(57)【要約】  非球面レンズおよび動的電気活性素子を有する埋め込み可能な眼科デバイスは、光学スループットを高めると同時に、優れた焦点深度および画質を提供する。例示の埋め込み可能な眼科デバイスは、半径位置に応じて変化する負の球面収差を有する非球面レンズを含む。非球面レンズは、その中心から放射状に広がって変化する屈折力（傾斜をもって変化する）を有する領域に囲まれた、幾何学的中心で最大の屈折力を有することができる。これらの非球面レンズが埋め込まれると、これらの非球面レンズは瞳孔の直径に応じて変化する増分屈折力を提供し、この増分屈折力は遠く、中間、および近くにある物体を見るために、物体との距離に応じて変化する。遠くにある物体を見るために固定された屈折力を有する球面レンズおよび／または近くの物体を見る場合に有効な屈折力を大きくするために２つ以上の状態（たとえば、オンおよびオフ）を有する動的電気活性素子と、非球面レンズは接着、または、一体的に形成されてもよい。
2013532010.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
埋め込み可能な眼科デバイスであって、
半径に応じて変化する負の球面収差を有する非球面光学素子を備える眼科デバイス。
【請求項２】
請求項１に記載の埋め込み可能な眼科デバイスにおいて、
前記負の球面収差は、前記非球面光学素子の光学中心またはその近傍で最大である眼科デバイス。
【請求項３】
請求項１に記載の埋め込み可能な眼科デバイスにおいて、
前記負の球面収差は、直径が５．０ｍｍ以下の射出瞳を横切る波面収差の二乗平均平方根が、約０．１０μｍから約５．０μｍの範囲で変化する眼科デバイス。
【請求項４】
請求項１に記載の埋め込み可能な眼科デバイスにおいて、
前記非球面光学素子の幾何学的中心を中心として半径約０．５０ｍｍから約２．５ｍｍで前記負の球面収差が実質的にゼロではない眼科デバイス。
【請求項５】
請求項１に記載の埋め込み可能な眼科デバイスにおいて、
前記非球面光学素子は、連続的なサグを有する眼科デバイス。
【請求項６】
請求項４に記載の埋め込み可能な眼科デバイスにおいて、
横方向寸法に対するサグの一次微分係数は連続性がある眼科デバイス。
【請求項７】
請求項５に記載の埋め込み可能な眼科デバイスにおいて、
横方向寸法に対する前記サグの二次微分係数は連続性がある眼科デバイス。
【請求項８】
請求項１に記載の埋め込み可能な眼科デバイスにおいて、
前記非球面光学素子は、患者の目に埋め込まれると、約＋０．２５Ｄ以下の平均増分屈折力を提供する眼科デバイス。
【請求項９】
請求項７に記載の埋め込み可能な眼科デバイスにおいて、
前記非球面光学素子は、患者の目に埋め込まれると、約＋０．１０Ｄ以下の平均増分屈折力を提供する眼科デバイス。
【請求項１０】
請求項１に記載の埋め込み可能な眼科デバイスにおいて、
前記非球面光学素子は、患者の目に埋め込まれると、約＋０．５Ｄから約＋０．８Ｄの最大増分屈折力を提供する眼科デバイス。
【請求項１１】
請求項１に記載の埋め込み可能な眼科デバイスにおいて、
前記非球面光学素子と光学的に結合する球面光学素子をさらに含む眼科デバイス。
【請求項１２】
請求項１１に記載の埋め込み可能な眼科デバイスにおいて、
前記球面光学素子の屈折力は約＋１０Ｄから約＋３６Ｄである眼科デバイス。
【請求項１３】
請求項１に記載の埋め込み可能な眼科デバイスにおいて
前記非球面光学素子と光学的に結合し、第１の有効屈折力を有する第１の状態および第２の有効屈折力を有する第２の状態を有する電気活性素子をさらに備える眼科デバイス。
【請求項１４】
請求項１３に記載の埋め込み可能な眼科デバイスにおいて、
前記電気活性素子は、前記第１の状態の第１の屈折率および前記第２の状態の第２の屈折率を有する眼科デバイス。
【請求項１５】
請求項１３に記載の埋め込み可能な眼科デバイスにおいて、
前記電気活性素子は前記第１の状態の第１の透過率および前記第２の状態の第２の透過率を有する眼科デバイス。
【請求項１６】
請求項１３に記載の埋め込み可能な眼科デバイスにおいて、
前記電気活性素子は前記第１の状態の第１の直径および前記第２の状態の第２の直径を有する開口部を備える眼科デバイス。
【請求項１７】
請求項１３に記載の埋め込み可能な眼科デバイスにおいて、
前記電気活性素子が提供する前記第１の有効屈折力および前記第２の有効屈折力の少なくとも一つは約＋０．５Ｄから約＋２．５Ｄである眼科デバイス。
【請求項１８】
請求項１３に記載の埋め込み可能な眼科デバイスにおいて、
電気活性光学素子と動作可能に結合し、および、前記電気活性光学素子を作動させるように構成されるプロセッサをさらに含む眼科デバイス。
【請求項１９】
請求項１８に記載の埋め込み可能な眼科デバイスにおいて、
前記プロセッサに動作可能に結合し、および、瞳孔サイズを示す情報を前記プロセッサに提供するように構成されるセンサーと、
前記瞳孔サイズを示す情報に応じて前記電気活性光学素子を作動するように構成されるプロセッサをさらに含む眼科デバイス。
【請求項２０】
請求項１８に記載の埋め込み可能な眼科デバイスにおいて、
前記プロセッサに動作可能に結合し、および、データを送信および受信するように構成されるアンテナをさらに含む眼科デバイス。
【請求項２１】
請求項２０に記載の埋め込み可能な眼科デバイスにおいて、
前記プロセッサに動作可能に結合し、および、前記プロセッサに電力を供給するように構成される少なくとも一つのバッテリーをさらに含み、前記バッテリーは前記アンテナを介して再充電されるように構成される眼科デバイス。
【請求項２２】
埋め込み可能な眼科デバイスであって、
固定された屈折力を有する球面光学素子と、
前記球面光学素子と光学的に結合する非球面光学素子であって、半径に応じて変化する屈折力を有する前記非球面光学素子と、
前記球面光学素子および前記非球面光学素子と光学的に結合する電気活性素子であって、第１の有効屈折力を有する第１の状態および第２の有効屈折力を有する第２の状態を有する前記電気活性素子を含む眼科デバイス。
【請求項２３】
請求項２１に記載の埋め込み可能な眼科デバイスにおいて、
前記固定された屈折力は約＋１０Ｄから約＋３６Ｄである眼科デバイス。
【請求項２４】
請求項２１に記載の埋め込み可能な眼科デバイスにおいて、
前記非球面光学素子は、患者の目に埋め込まれると、約＋０．２５Ｄ以下の平均増分屈折力を提供する眼科デバイス。
【請求項２５】
請求項２３に記載の埋め込み可能な眼科デバイスにおいて、
前記非球面光学素子は、患者の目に埋め込まれると、約＋０．１０Ｄ以下の平均増分屈折力を提供する眼科デバイス。
【請求項２６】
請求項２１に記載の埋め込み可能な眼科デバイスにおいて、
前記非球面光学素子は、患者の目に埋め込まれると、約＋０．５Ｄから約＋０．８Ｄの最大増分屈折力を提供する眼科デバイス。
【請求項２７】
請求項２１に記載の埋め込み可能な眼科デバイスにおいて、
前記第１の有効屈折力および前記第２の有効屈折力の少なくとも一つは約＋０．５Ｄから約＋２．５Ｄである眼科デバイス。
【請求項２８】
埋め込み可能な眼科デバイスであって、
球面光学素子と、
前記球面光学素子と光学的に結合する非球面光学素子であって、半径に対して連続性がある一次微分係数および二次微分係数を有するサグを有する前記非球面光学素子と、
前記球面光学素子および前記非球面光学素子と光学的に結合する電気活性素子であって、第１の有効屈折力を有する第１の状態および第２の有効屈折力を有する第２の状態を有する前記電気活性素子を含む眼科デバイス。
【請求項２９】
請求項２８に記載の埋め込み可能な眼科デバイスにおいて、
前記非球面光学素子は、半径に応じて変化する負の球面収差を有する眼科デバイス。
【請求項３０】
請求項２９に記載の埋め込み可能な眼科デバイスにおいて、
前記負の球面収差は、前記非球面光学素子の光学中心またはその近傍で最大である眼科デバイス。
【請求項３１】
請求項２９に記載の埋め込み可能な眼科デバイスにおいて、
前記負の球面収差は、直径が５．０ｍｍ以下の射出瞳を横切る波面収差の二乗平均平方根が、約０．１０μｍから約５．０μｍの範囲で変化する眼科デバイス。
【請求項３２】
請求項２９に記載の埋め込み可能な眼科デバイスにおいて、
前記負の球面収差は、前記非球面光学素子の幾何学的中心を中心として半径約０．５０ｍｍから約２．５ｍｍで実質的にゼロではない眼科デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、「Ｍｏｄｅｌｉｎｇ  Ｒｅｔｉｎａｌ  Ｉｍａｇｅ  Ｑｕａｌｉｔｙ  ｏｆ  Ａｓｐｈｅｒｉｃ  ＩＯＬ  ｗｉｔｈ  Ｅｍｂｅｄｄｅｄ  Ｄｙｎａｍｉｃ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ」という名称の２０１０年  ６月１日に提出された米国  仮特許出願番号  ６１／３５０，３４４号；および「Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ  Ｖｉｓｉｏｎ  Ｐｒｏｖｉｄｅｄ  ｂｙ  Ａｓｐｈｅｒｉｃ  ＩＯＬ  ｗｉｔｈ  Ｅｍｂｅｄｄｅｄ  Ｄｙｎａｍｉｃ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ」という名称の２０１０年７月  ６日に提出された米国  仮特許出願番号６１／３６１，６５３号；および「  Ｉｎｔｒａｏｃｕｌａｒ  Ｉｍｐｌａｎｔ  ｔｈａｔは、を含む☆を構成する  Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｆｏｃｕｓｉｎｇ  Ｅｌｅｍｅｎｔおよび  Ｓｔａｔｉｃ  Ａｓｐｈｅｒｉｃ  Ｆｏｃｕｓｉｎｇ  Ｅｌｅｍｅｎｔ」という名称の２０１０年９月２０日に提出された米国仮特許出願番号６１／３８４３３６号の優先権を主張するものである。上記参照した各特許出願はその全体を参照によって本明細書に援用する。
【背景技術】
【０００２】
近距離および中間距離の物体に焦点を合わす人々の能力に影響を及ぼす２つの大きな状態があり、それらは老眼および偽水晶体である。老眼は、高齢化にしばしば付随する、人間の目の水晶体での眼球調節運動の喪失である。老眼の人々では、この眼球の調節運動の喪失によって、最初に近距離の物体に焦点を合わせることができなくなり、その後に中間の距離の物体に焦点を合わせることが困難になる。米国には老眼の人が約９千万人から１億人いると推定されている。世界的には老眼の人が約１６億人いると推定されている。偽水晶体は眼球の水晶体を眼球内レンズ（ＩＯＬ）として知られる人工レンズに置き換えることであり、通常白内障の手術中に該水晶体を外科的に切除する。偽水晶体の人々は、水晶体の欠如によって、眼球の調節運動が完全に損なわれるので、近くの物体または中間距離の物体のどちらにも焦点を合わせることができない。事実上、寿命が延びると人々は白内障になる。さらに、白内障にかかったほとんどの人々は寿命のいずれかの時点で白内障手術を受ける。米国では毎年、約１２００万もの白内障手術が実施されていると推定される。
【０００３】
老眼を矯正する標準的な道具は、老眼鏡、多焦点眼科レンズ、および単眼視野を提供することに適するコンタクトレンズである。老眼鏡は、近距離に焦点を合わせることができない問題を矯正するために単一の屈折力を有する。多焦点レンズは、広い範囲の距離での焦点問題を矯正するために、複数の焦点距離（すなわち、屈折力）を有するレンズである。多焦点光学部材は、眼鏡、コンタクトレンズ、およびＩＯＬに使用されている。多焦点眼科レンズは、レンズの領域を異なる屈折力を有する領域に分割することによって機能する。多焦点レンズは、累進屈折力レンズ（ＰＡＬ）等に見られるように連続性のある屈折力を生成する連続性のある表面から構成することができる。あるいは、多焦点レンズは、遠近両用眼鏡または三焦点レンズ等に見られるように不連続な屈折力を形成する不連続な表面から構成できる。単眼視野を提供することに適するコンタクトレンズは、異なる屈折力を有する２つのコンタクトレンズである。一つのコンタクトレンズは主に遠距離の焦点問題を矯正するためであり、および他のコンタクトレンズは主に近距離の焦点問題を矯正するためである。
【０００４】
無水晶体症は、ＩＯＬを使用しても矯正することができる。従来のＩＯＬは、遠くにある物体（たとえば、２メーターよりも遠い距離にある物体）を合焦させた網膜像を提供するための単焦点球面レンズである。一般に、球面ＩＯＬの焦点距離（すなわち屈折力）は、窩の小角度（たとえば、約７度）によって遠くの物体が見えるように選択される。典型的な患者は、球面ＩＯＬに約＋１０ジオプター（Ｄ）から約＋３６Ｄの範囲の屈折力を求める。通常求められる屈折力は約＋２５Ｄまたは約＋２６Ｄである。残念ながら、球面ＩＯＬおよび角膜を含むすべての球面表面は、画質に限界をもたらす球面収差に悩まされる。
【０００５】
幸いなことに、非球面ＩＯＬは、球面収差を発生させることなく、老眼および無水晶体症を治療するために使用できる。実際に、一定の負の球面収差を有する非球面ＩＯＬは、角膜で発生する球面収差を補償するために使用することもできる。これらの従来の非球面ＩＯＬは、遠くの物体の場合には広い範囲で球面ＩＯＬよりも、より良い画像を提供するが、従来の非球面ＩＯＬは近くまたは中間の物体の画質を向上させることはできない。近くおよび中間の物体を見るために眼鏡を装着することが、非球面ＩＯＬを有する患者にいつも受け入れられてきた。
【０００６】
老眼および／または無水晶体症を矯正するための従来のアプローチには他の欠点もあり、それらのいくつかは、他の欠点よりも深刻である。たとえば、眼鏡類は遠距離、近距離および中間距離の視野を矯正することができるが、このアプローチでは人の自然な外観を損なうデバイスを装着することが要求される。また、場合によっては、特定の多焦点レンズは、ユーザにゆがみを認識させ、めまいを起こさせるかもしれない。コンタクトレンズの使用を含む老眼および／または無水晶体症を矯正するアプローチは、不快感を生じさせ、結果的に以下の１つまたは複数を生じさせ得る：ハロー、複視、光散乱、グレア、コントラスト感度の喪失、合焦点範囲の減少、および／または光が当たる網膜範囲の減少。ＩＯＬの使用を含むアプローチは結果的に以下の１つまたは複数を生じさせ得る：光散乱、グレア、ハロー、ゴースト、コントラスト感度の喪失、合焦点範囲の減少、および／または光が当たる網膜範囲の減少。これらの欠点、または人の視覚に対する犠牲は、特に、単に例示に過ぎないが、夜間運転、雨の中での運転、またはコンピュータでの作業をする場合に問題となり得る。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書に開示された技術の実施形態は、負の球面収差をもつ非球面光学素子を有する埋め込み可能な眼科デバイスを含み、それは入射高によって焦点が変化し、負の球面収差は半径に応じて変化する。負の球面収差は、非球面光学素子の光学中心またはその近傍で最大である。いくつかの眼科光学素子では、負の球面収差は、直径が５．０ｍｍ以下の射出瞳を横切る波面収差の二乗平均平方根が、約０．１０μｍから約５．０μｍの範囲で変化する。負の球面収差は、非球面光学素子の幾何学的中心を中心として半径約０．５０ｍｍから約２．５ｍｍで実質的にゼロではない（すなわち、絶対値が０よりも大きい）。
【０００８】
さらに開示された技術の実施形態では、非球面光学素子は、連続的なサグを有する。当業者には理解されるように、サグは光軸上の参照球の頂点と、光軸から所定の距離（半径）にある非球面素子の表面との間の距離である。連続性のあるサグを有する実施形態では、横方向寸法（半径）に対するサグの一次微分係数および二次微分係数は連続性がある。
【０００９】
患者の目に埋め込まれると、例示の非球面光学素子は約＋０．２５Ｄ以下、あるいは好ましくは約＋０．１０Ｄ以下の平均増分屈折力を提供する。埋め込まれた非球面光学素子は、約＋０．５Ｄから約＋０．８Ｄの最大増分屈折力を有する。説明される埋め込み可能な眼科デバイスは、非球面光学素子と光学的に結合する球面光学素子をも含む。球面光学素子のベース屈折力は約＋１０Ｄから約＋３６Ｄ、たとえば、約＋２５Ｄまたは約＋２６Ｄである。
【００１０】
さらに本明細書に開示された埋め込み可能な眼科デバイスの実施形態は、非球面光学素子と光学的に結合する電気活性素子を含む。該電気活性素子は、第１の有効屈折力を有する第１の状態および第２の有効屈折力を有する第２の状態との間でスイッチングまたは調整できる。場合によっては、電気活性素子は、第１の状態の第１の屈折率および第２の状態の第２の屈折率を有する；他の場合には、電気活性素子は第１の状態の第１の透過率および第２の状態の第２の透過率を有する；さらに他の場合には、屈折率および透過率の両方とも変化できる。あるいは、またはさらに、２個以上の状態間で電気活性素子は、第１の状態の第１の直径および第２の状態の第２の直径を有する開口部として機能できる。その動作メカニズムにもかかわらず、電気活性素子は、約＋０．５Ｄから約＋２．５Ｄの第１の有効な屈折力を備えることができる。
【００１１】
電気活性素子を備える例示の埋め込み可能な眼科デバイスは、電気活性光学素子と動作可能に結合し、および、電気活性光学素子を、たとえば第１の状態と第２の状態との間でスイッチングまたは調整するように構成されるプロセッサを含むことができる。該埋め込み可能な眼科デバイスは、プロセッサに動作可能に結合し、および、瞳孔サイズを示す情報をプロセッサに提供するように構成されるセンサーであって、瞳孔サイズを示す情報に応じて電気活性光学素子を作動するように構成される該センサーをも含むことができる。該説明される埋め込み可能な眼科デバイスは、プロセッサに動作可能に結合し、および、データを送信および受信するように構成されるアンテナ、並びに、オプションで、プロセッサに動作可能に結合し、および、プロセッサに電力を供給するように構成される少なくとも一つのバッテリーを含むことができる。バッテリーはアンテナを介して再充電可能である。
【００１２】
代替の実施形態では、埋め込み可能な眼科デバイスは、球面光学素子、球面光学素子と光学的に結合する非球面光学素子、および球面および非球面光学素子と光学的に結合する電気活性素子を含む。球面光学素子は固定された屈折力（たとえば、約＋１０Ｄから約＋３６Ｄ）を有するが、その一方で非球面光学素子の屈折力は半径に応じて変化し、その値は約＋０．２５Ｄ以下であり得る。電気活性素子は、それぞれが異なる有効屈折力を有する少なくとも２つの状態を有し、少なくとも１つの有効屈折力は約＋０．５Ｄから約＋２．５Ｄであり得る。
【００１３】
さらに別の実施形態は、電気活性素子、球面光学素子、および半径に対して連続性がある一次微分係数および二次微分係数を有するサグを持つ非球面光学素子を有する埋め込み可能な眼科デバイスを含む。電気活性素子、球面光学素子、および非球面光学素子は互いに光学的に結合することができ、および電気活性素子は、第１の有効屈折力を有する第１の状態および第２の有効屈折力を有する第２の状態を有することができる。
【００１４】
前述した概要は単に説明を目的にしたものであって、如何なる意味においても本願を限定することを意図したものではない。上述された説明された態様、実施形態、および特徴に加えて、さらなる態様、実施形態、および特徴が、以下の図面および詳細な説明を参照することによって明らかになるであろう。
【００１５】
本明細書に取り込まれ、その一部を構成する添付図面は、本発明の原理を説明する事に役立つ明細書と共に、本発明の実施形態を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】健康な人間の目の断面図を示す。
【図２】球面光学素子および電気活性素子と光学的に結合する非球面光学素子を含む例示の埋め込み可能な眼科デバイスを示す。
【図３】例示の非球面光学素子の所望の屈折力、サグプロファイル、サグ、および形状を示す。
【図４】３つの異なる例示の非球面光学素子の半径に対する局所増分屈折力のプロットである。
【図５】例示の非球面光学素子の瞳孔直径に対する平均増分屈折力のプロットである。
【図６】例示の電気活性素子を示す。
【図７Ａ】異なるサイズの開口部を使用した非球面眼球内レンズおよび標準眼球内レンズの変調伝達関数のプロットを示す。
【図７Ｂ】異なるサイズの開口部を使用した非球面眼球内レンズおよび標準眼球内レンズの変調伝達関数のプロットを示す。
【図８Ａ】異なるサイズの開口部を使用した非球面眼球内レンズおよび標準眼球内レンズの異なる距離での物体の画像を示す。
【図８Ｂ】異なるサイズの開口部を使用した非球面眼球内レンズおよび標準眼球内レンズの異なる距離での物体の画像を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に図面を用いて好ましい本発明の実施形態を説明する。同一または類似する部分には、同一または類似する参照番号を付した。
眼球の概要
【００１８】
図１は、健康な人間の目の断面図１００を示す。眼球の白い部分は強膜１１０として知られ、結膜１２０として知られる透明膜で覆われている。眼球の屈折力のほとんどを提供する眼球の中央の、透明な部分は、角膜１３０である。眼球の着色部分である虹彩１４０は、瞳孔１５０を形成する。括約筋は瞳孔を収縮させ、散大筋は瞳孔を開く。瞳孔は、眼球の自然な開口部である。前房１６０は、虹彩と角膜の最内表面との間で液体が満たされた空間である。水晶体１７０は水晶体嚢１７５内で保持され、および眼球の残りの屈折力を提供する。後房１８０によって虹彩１４０の背面で分離されている網膜１９０は、眼球の「画像面」として機能し、および脳へ視覚情報を伝達する視神経１９５に接続されている。
【００１９】
健康な水晶体１７０は、その屈折力を変えることができるので、眼球の調節運動として知られるプロセス中に、眼球は、近距離、中間距離、および遠距離で網膜１９０の前面に物体を結像することができる。老眼の人々は、近くの物体に焦点を合わせることが困難となる眼球の調節運動の喪失に苦しみ、この病気は進行するので、結局、中間の物体に焦点を合わせる能力も喪失される。無水晶体の人々は水晶体を持たないので、したがって、近距離または中間距離にある物体に焦点を合わせることができない。
目に埋め込み可能な眼科デバイスの概要
【００２０】
本明細書に開示された埋め込み可能な眼科デバイスは、網膜に伝達される光量を著しく低減することなく、老眼の人々が苦しむ眼球の調節運動の劣化または喪失を補償するように使用されることができる。また、これらは、無水晶体の人々に調節性応答を提供するように使用されることもできる。例示の埋め込み可能な眼科デバイスは、他の非球面ＩＯＬとは異なり、半径に応じて変化する負の球面収差を有する非球面光学素子を含む。該デバイスが患者に埋め込まれると、負の球面収差の変化、および、物体との距離に応じた患者の瞳孔サイズの変化との組み合わせによって、患者の目に物体との距離に応じて変化する効果的な屈折力を提供する。結果として、例示の埋め込み可能な眼科デバイスを装着した患者は、遠くにある物体だけではなく、遠く、中間、および近くにある物体により容易に焦点を合わせることができる。
【００２１】
例示の埋め込み可能な眼科デバイスは、球面光学素子および、切り替え可能なレンズすなわち直径が可変である開口部として機能する電気活性素子をも含むことができる。球面光学素子は、一定の屈折力約＋１０Ｄから約＋３６Ｄ（たとえば、＋２５Ｄまたは＋２６Ｄ）を有し、遠くにある物体（たとえば、約２メーターよりも遠い距離にある物体）を見ることできるように患者の能力を改善する。物体までの距離に応じてデバイスの焦点深度（および真の屈折力）を動的に変化させるために、電気活性素子は切り替え可能、すなわち調節可能なレンズまたは開口部として機能し、さらに近くの物体および中間の物体の画質を改善する。
【００２２】
例示の埋め込み可能な眼科デバイスは、眼球の前房または後房、水晶体嚢の中、または角膜支質（角膜インレーと類似する）、または角膜の上皮層（角膜オンレー（ｏｎｌａｙ）と類似する）、または眼球のすべての解剖学的構造の中に挿入または埋め込まれてもよい。一般に、埋め込まれた眼科デバイスは、最適な矯正遠距離視力を２０／２０以上に維持しながら、明所条件のすべての物体距離で、２０／３０よりも悪くない視力を提供できる。眼球の自然の焦点深度が考慮されれば、焦点ずれ１．０Ｄは視力２０／３０以上になるので、理想的には、説明されるデバイスが埋め込まれた患者の眼球の焦点ずれはすべての物体距離で１．０Ｄ以下であるべきである。
【００２３】
図２は、例示の埋め込み可能な眼科デバイス２００を示し、これは眼球内レンズ（ＩＯＬ）として使用でき、眼球の調節運動の劣化、喪失、または欠如を補償するために使用できる。（図２に示されるデバイス２００は円形領域を有するが、他の埋め込み可能な眼科デバイスは四角形、長方形、楕円形等であってもよい）埋め込み可能な眼科デバイス２００は、半径に応じて変化する負の球面収差を有する非球面光学素子２１０、または非球面レンズを含む。固定された屈折力を有する球面光学素子２９０、または球面レンズは、遠くにある物体を見るためにベース補償をする。非球面光学素子２１０または球面光学素子２９０に埋め込まれまたは装着された電気活性素子２２０は、切り替え可能なレンズおよび／または焦点深度を変化させるために使用できる、直径可変の開口部として機能する。
【００２４】
特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）などのプロセッサ２３０は、推定された物体距離に基づいて電気活性素子２２０を制御するように使用できる。これらに限定されないが、たとえば、瞳孔サイズおよび／またはイオン濃度の変化を含む眼球の自然な調節性応答を示す少なくとも一つの生理学的指標を測定するセンサー２４０からの信号に応じて、該推定を決定できる。さらに詳しくは、近くまたは中間の物体に基づく眼球のふくそう、による自然な瞳孔サイズの変化をセンサー２６０で測定することによって、プロセッサ２３０は物体距離を推定できる。プロセッサ２２０に結合された１つまたは複数の再充電可能バッテリー２５０は、埋め込み可能な眼科デバイス２００のプロセッサ２２０および他の電子部品に電力を供給する。デバイス２００は、アンテナ２６０も含むこともでき、該アンテナはプロセッサ２２０を制御または更新するための無線周波数（ｒｆ）または光学信号のいずれかを受信するように構成することができ、および、下記のようにバッテリー２５０を充電するために使用できるように構成することができる。
埋め込み可能な眼科デバイスに使用される非球面光学素子の例
【００２５】
非球面レンズまたは非球面体とも呼ばれる非球面光学素子は、回転対称の光学部材であって、その曲率半径はその中心から放射状に変化する。曲率半径が一定の球面レンズとは異なり、非球面レンズは、光軸からの距離に応じて変化する曲率半径を有する。非球面レンズは、従来から以下の式で定義される形状を有する。
【数１】
2013532010.tif 000003
ここでＺは光軸に平行な表面のサグ、ｓは光軸からの半径方向距離、Ｃは曲率（すなわち、半径の逆数）、ｋは円錐定数、および、Ａｎは高次非球面係数の重みである。非球面係数がゼロに等しい場合には、結果として得られる非球面表面は円錐であると見なされており：ｋ＝０で、円錐表面は球面であり（すなわち、レンズは非球面というよりも球面である）；ｋ＞−１で円錐表面楕円であり；ｋ＝−１で円錐表面は放物面であり；およびｋ＝＋１で、双曲面である。サグは以下の式でより正確に記載される。
【数２】
2013532010.tif 000004
ここでＣｂｆｓは最適に適合した球の曲率であり、ｕ＝ｓ／ｓｍａｘであり、Ｑｍｃｏｎは非球面係数の正規直交基底であり、およびａｍは正規化項である。
【００２６】
図３は、説明される非球面光学素子の設計過程および形状を示す。最初に、設計者は、左上に示すように半径に応じて変化する、非球面光学素子の所望の屈折力プロファイルを決定する。図３に示すように、屈折力は、非球面光学素子の中心で最大である。半径約１．２５ｍｍから約２．５ｍｍにわたって延在する（たとえば、図３に示すように１．５ｍｍ）、屈折力が一定値に到達または漸近的に一定値に近づく前に、屈折力は中心ゾーンでその傾きが増加しながらなめらかに低減する。この屈折力の傾きの変化これ自体が可変球面収差であることをも明らかにする。静的非球面光学素子の屈折力が１．５０Ｄを越えおよび中心部の半径が３．０ｍｍを超えて延在する場合には、物体距離が遠い場合の視力（たとえば、物体距離が４メーター以上）は低下する。
【００２７】
次に、設計者は、所望の屈折力プロファイルを、図３の右上に示すように半径に応じて変化するレンズのサグ、すなわち表面プロファイルに変換する。サグは所望の屈折力プロファイルを反映する。サグは中心でゼロに等しく、狭い中心ゾーンで傾きを増加させながらサグをなめらかに増加させ、半径約１．０ｍｍの変曲点に到達すると、半径約１．０ｍｍから約１．７５ｍｍにわたって傾きを減少させながらサグを増加させる。半径約１．７５ｍｍを超えると、サグは円弧または放物線弧を描く。図３の右上のｙ軸のプロットの周囲にサグプロファイルを回転させると、図３の右下の表面プロファイルを生成し、これは図３の左下に示す非球面光学素子を生成することに用いられる。
【００２８】
図３の右上に示すように、例示の非球面光学素子は、横方向寸法、ｒに対して連続するサグを有する。（非球面レンズは光軸に対して回転対称であるので、アジマスを特定する必要がない。）言い換えれば、サグには、好ましくない反射および／または光散乱を生成する、キンクまたはレッジ（ｌｅｄｇｅ）などのいかなる不連続性も存在しない。例示のサグは、横方向寸法に対して連続した一次微分係数および二次微分係数を持つ。ｒに対して連続的な一次微分係数を持つようにサグを選択することによって、プリズマ効果による好ましくない二重像を低減または除去する。ｒに対して連続的な二次微分係数を持つようにサグを選択することによって、拡大したときに好ましくない不連続性を低減または除去する（たとえば、不連続性によって直線が波状になる）。
【００２９】
図４は、眼球に埋め込まれた３つの異なる例示の非球面光学素子の半径に対する局所増分屈折力のプロットである。局所増分屈折力は、患者の目に埋め込まれた非球面光学素子の特定の位置で加算される屈折力を示す。加算される増分屈折力の正確な量は、部分的に、非球面光学素子の形状、その屈折率、および眼球内でのその位置によって異なる。図４に示すように、最大の増分屈折力は非球面光学素子の中心（すなわち、ｒ＝０）で示され、および、その範囲は約０．５Ｄから約０．８Ｄ、たとえば、約０．５Ｄ、約０．６２Ｄ、または約０．７５Ｄである。局所増分屈折力は、半径約１．２５ｍｍから約２．５ｍｍで、非球面光学素子の外側領域でゼロに到達するまで減少する。
【００３０】
患者は非球面光学素子で追加される屈折力を平均増分屈折力として経験し、それは網膜に画像を投影する非球面光学素子の一部を横切って平均化される局所増分屈折力である。例示のデバイスでは、平均増分屈折力は約０．２５Ｄ未満である、たとえば、約０．１０Ｄ以下である。患者が遠くにある物体に焦点を合わせようとすると、瞳孔が開き、網膜に非球面光学素子のより広い部分を介して投影された画像を受像させることができる。結果として、平均増分屈折力は小さくなる。患者が中間または近くの物体に焦点を合わせようとすると、瞳孔は閉じ、網膜は非球面光学素子のより狭い部分（すなわち、かなりより非球面な部分）を介して投影された画像を受像するので、平均増分屈折力は大きくなる。
【００３１】
図５および表１は、瞳孔直径に応じて変化する平均増分屈折力の変化を示す。上で説明したように、漸近的にわずかの量の屈折力−約０．１２５Ｄ未満に近づく前に、物体距離と相関する、瞳孔サイズが大きくなると平均増分屈折力は小さくなる。同様に、図４に記載された非球面を持つ非球面光学素子の平均増分屈折力は、図４に示すように瞳孔直径が約５ｍｍから約３ｍｍに変化すると、約０．１６Ｄから約０．４３Ｄに変化する。このように、例示の非球面光学素子を有する埋め込み可能な眼科デバイスは、部品または異なる焦点距離を有する複数の光学素子を移動させることなく、近く、中間、および遠くにある物体に焦点を合わせるための可変屈折力を備える。
【表１】
2013532010.tif 000005
【００３２】
非球面レンズは、以下に記載された開口部などの直径が可変である開口部と共に使用もでき、また、高画質を提供し、および光学スループットを高めるための両方に使用できる。直径が可変である開口部を備える眼球を「ストッピングダウン（ｓｔｏｐｐｉｎｇ  ｄｏｗｎ）」して、眼球のＦ値（Ｆ／＃）を増加させることによって、その全体を参照によって本明細書に援用する、Ｂｌｕｍらの米国特許第７，９２６，９４０号に記載されているように画質を改善できるが、網膜への入射光量が低減する。一方、非球面レンズを使用する場合には、追加される収差補正によって、高画質を維持するとともに、ハイスループット（低いＦ／＃）システムを設計することができる。画質のわずかなトレードオフは、開口部を使用する球面レンズよりもはるかに優れているので、高スループット設計による画像劣化は緩やかである。非球面レンズで追加される収差補正では、遠く、中間、および近くにある物体に対して高品質画像を得るためのマルチ−素子レンズなどの追加される光学素子は必要無い。
【００３３】
説明される非球面レンズは、光学ガラス、プラスチック、熱可塑性樹脂、熱硬化樹脂、ガラスと樹脂の複合材、または異なる光学グレードの樹脂またはプラスチックの複合材から形成できる。たとえば、非球面レンズは、射出成形プラスチックまたは樹脂を使用して形成できる。溶融プラスチックが適切な形状の非球面の型に注入され、および型が除去される前に硬化される。電気活性素子、プロセッサ、センサー、バッテリー、および他の素子は、射出成形中にプラスチック非球面レンズに埋め込まれ、または、レンズが完全に硬化する前にプラスチック非球面レンズに装着されてもよい。必要ならば、電子部品は製造中に損傷を受けないように、耐熱性材料でコーティングされてもよい。非球面光学素子に対する電気活性素子の位置は、成形過程中に隣接させることができ、および、各素子の各屈折力に応じて選択できる。たとえば、電気活性素子は、非球面光学素子または球面光学素子の前、中心、または後ろに位置させることができる。あるいは、非球面レンズは従来の光学研削および研磨技術を使用して形成でき、および電気活性素子、球面光学素子、および他の部品は、非球面レンズと一緒に結合または密封できる。
【００３４】
非球面光学素子（および埋め込み可能な眼球部材は全体として）柔軟性がありおよび／または眼球に容易に埋め込むために折り畳可能な設計である。たとえば、レンズおよびデバイスは挿入のために１つまたは複数の折り目の周りで折り畳むことができ、次に、一旦眼球内の適切な位置に配置されると、折り目（単数または複数）の周りで開くことができる。固い部品は、挿入を容易にするために、折り目（単数または複数）のいずれかの側に配置させることができる。さらに詳しくは、それぞれその全体を参照によって本明細書に援用する「Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ａｃｔｉｖｅ  Ｌｅｎｓ」という名称の米国特許出願番号第１２／０１７，８５８号、および、「Ｆｏｌｄｉｎｇ  Ｄｅｓｉｇｎｓ  ｆｏｒ  Ｉｎｔｒａｏｃｕｌａｒ  Ｌｅｎｓｅｓ」という名称の米国特許出願番号第１２／８３６，１５４号を参照のこと。
埋め込み可能な眼科デバイスに使用される球面光学素子の例
【００３５】
説明される埋め込み可能な眼科デバイスは、光を収斂させ、発散させることができる、球状に形成された表面を有する部品（すなわち、球面レンズは集光することができる）球面レンズまたは球面光学素子も含むことができる。例示の球面レンズは、約＋１０Ｄから約＋３６Ｄ（たとえば、約＋２０Ｄから約＋３０Ｄ、または約＋２５または＋２６Ｄ）の固定された屈折力を有する。適切な球面レンズは、屈折性、回折性、またはそれらの組み合わせを有する。これらは凹面、凸面、または一方または両方の表面が平面であってもよく−屈折率分布（ＧＲＩＮ）レンズであっても適切である。これらは、光学ガラス、プラスチック、熱可塑性樹脂、熱硬化樹脂、ガラスと樹脂の複合材、または異なる光学グレードの樹脂またはプラスチックの複合材から形成される。例示の球面光学素子は、非球面光学素子および／または電気活性素子を含む埋め込み可能な眼科デバイスの他の部品に結合または装着してもよい。これらは、非球面光学素子および／または電気活性素子と一体、または、これらと一緒に形成されてもよい。
【００３６】
例示の球面レンズは、従来または従来にないレンズのいずれであってもよい。従来のレンズは、近視、遠視、老眼、および正乱視などの低次収差を含む眼球の従来の誤差を矯正する。従来にないレンズは、眼球層の不規則性または異常によって生じる高次収差を含む眼球の従来矯正しなかった誤差を矯正するものである。球面レンズは、単一焦点（単焦点）レンズ、または、累進屈折力レンズ若しくは二焦点または三焦点レンズなどの多焦点レンズであってもよい。
埋め込み可能な眼科デバイスに使用される電気活性素子の例
【００３７】
本明細書で使用する場合、用語「電気活性素子」とは、電気エネルギーの使用によって、空間および／または時間に応じて変更可能な光学特性を有するデバイスをいう。変更可能な光学特性は、たとえば、レンズにとって、焦点距離の逆数である屈折力；屈折率（遅延特性）；光学透過度（透過率）；回折効率；開口サイズ、形状、または位置；または、それらのいずれかの組み合わせであってもよい。電気活性素子は、２つの基板および２つの基板の間に配置された電気活性材料から構成される。基板は、基板の間に電気活性材料が保持され、および漏出できないことを確実にする形状およびサイズである。１つまたは複数の電極が、電気活性材料と接触する基板のそれぞれの表面に配置される。電気活性素子は、コントローラに動作可能に接続されている電源供給部を含むまたは結合している。コントローラは、電気接続を介して電極に操作可能に接続され、１つまたは複数の電圧をそれぞれの電極に印加する。電極を介して電気エネルギーが電気活性材料に印加されると、電気活性材料の光学特性が変化する。たとえば、電極を介して電気エネルギーが電気活性材料に印加されると、電気活性材料の屈折率が変化するので、電気活性素子の屈折力が変化する。
【００３８】
電気活性素子は、非球面光学素子および／または球面光学素子の表面に結合または埋め込まれ、電気活性レンズを形成する。あるいは、電気活性素子は、実質的に屈折力を与えない光学部材の表面に結合または埋め込まれ、電気活性光学部材を形成する。該場合には、電気活性素子は非球面光学素子および／または球面光学素子と光学的に結合することができるが、非球面光学素子および／または球面光学素子と分離または空間を隔てて配置され、または一体として形成されない。電気活性素子は非球面光学素子および／または球面光学素子の全視野領域またはそれらのわずか一部に位置でき、たとえば、レンズまたは光学部材の上部、中間部または底部の近辺に位置できる。電気活性素子はそれ自体で集光できる。
【００３９】
図６は、電気活性素子２２０（図２）の別の図を示し、２つの光学基板６２０および６３０の間に挟まれた液晶材料などの電気活性材料６１０を含む。電気活性材料６１０の厚さは、１μｍから１０μｍの間であり、好ましくは５μｍ未満である。基板６２０および６３０は実質的に平坦で平行、湾曲していて平行であってもよく、または一方の基板が回折パターンの表面レリーフを有し、および他の基板が実質的に平滑であってもよい。基板６２０および６３０は屈折力を有し、または該基板は屈折力を有しなくとも良い。それぞれの基板の厚さは２００μｍ以下、および剛性または柔軟性があってもよい。例示の剛性基板材料は、ガラスおよびシリコンを含む。例示の柔軟性がある基板は、柔軟性があるプラスチックフィルムを含む。一般に、基板が薄いほど電気活性素子は相当程度まで柔軟性を持つことができ、これは眼球に挿入または埋め込まれるデバイスにとって重要である。
【００４０】
電気接地を提供する連続性のある光学的に透明な電極６２２は基板の一つに配置され、および１つまたは複数の個々に指定可能な光学的に透明な電極６３２は第２の基板に配置される。各電極６３２は、電気活性デバイスの対応するピクセル６４２のサイズ、形状、および／または直径を規定する。例示のピクセルはそれぞれが約０．２５μｍの領域であってピクセルのピッチは約０．５μｍである。あるいは、ピクセルは、同心円状の輪、円弧、矩形、または、適切な形状のいずれかの組み合わせで配列されてもよい。１つまたは複数の電極６２２および６３２は、固定パターンまたは固定方法で入射光を回折する構造を形成するものであってもよい。電極６２２および６３２は、たとえば、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）などの透明な導電性酸化物、または、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）ポリ（スチレンスルフォネート）（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）などの導電性有機材料またはカーボンナノチューブを含んでもよい。光学的に透明な電極の厚さは、たとえば、１μｍ未満、好ましくは０．１μｍ未満である。１つまたは複数の電極６２２および６３２は、アライメント層（図示せず）、および、アライメント層の間に配置される電気活性材料６１０でコーティングされてもよい。
【００４１】
電極６３２または電極６３２の組み合わせを活性化することによって、それぞれのサブセクション、すなわち電気活性素子２２０のピクセルの状態を変化させる。たとえば、電気活性デバイスの１つまたは複数のピクセルの透過率は、印加された電圧に応じて約３０％から約９９％の間で変化する。あるいは、またはさらに、電気活性デバイスの１つまたは複数のピクセルの屈折率は、印加された電圧に応じて最大約０．１単位で変化する。ピクセル状態は、連続性がある（アナログ）、二値（たとえば、透過／不透明または高指数／低指数）、または、いくつかの離散値（たとえば、３０％＞透過、５０％透過、８０％透過等）を含む。いくつかの液晶材料を含むいくつかの電気活性材料は電圧が印加されている限り活性状態を維持する。他の電気活性材料は双安定であり、電圧を印加することによってそれらは一つの状態から別の状態にスイッチングするが、現在の状態を維持するためには電圧を必要としない。双安定電気活性材料は、スイッチングする場合にだけ電力を消費するので、特に埋め込み可能な眼科デバイスの使用には魅力的である。
調節可能な開口部としての電気活性素子の使用
【００４２】
電気活性素子２２０は、典型的には入射瞳または入射瞳の近傍である第１の領域で、開口部として使用されることができ、該第１の領域は環状の第２の領域に取り囲まれ、第２の領域は第１の領域とは異なる少なくとも一つの光学特性を有する。たとえば、第２の領域は、第１の領域とは異なる光学透過率、屈折率、色、または光学経路長を有する。第２の領域は周辺領域と呼ばれてもよい。それぞれの領域の光学特性は、それぞれの領域内で一定である、または領域の半径または別の関数に基づいて変化できる。
【００４３】
電気活性素子２２０を備える開口部の１つまたは複数の端は、着用者の眼球に入射する光を変化させるために使用することができる。電気活性素子２２０はマスクとも呼ばれるアポダイズド（ａｐｏｄｉｚｅｄ）開口部を備え、開口部を介して眼球に入射される光の振幅、位相、またはその両方を変調する。電気活性素子２２０で形成されるマスクは典型的には動的であるけれども、電気活性素子２２０は同一の光変調度を常に提供する静的マスクを形成するために使用することができ、この場合には屈折率または光学透過度の静的勾配がデバイスの層に組み込まれている。これは分離された静的マスクと併用して使用することもできる。
【００４４】
たとえば、電気活性素子２２０は動的開口部として動作することができ、閉じられる場合には、焦点深度を大きくし、および、迷光を遮断することによって眼科デバイス２００の全体の屈折力を変化させる。たとえば、電気活性素子２２０のピクセルの１つまたは複数の環２２２は、完全に閉じた場合には直径約１．２ｍｍから約１．６ｍｍ、および完全に開いた場合には直径約５．８ｍｍの開口部または開口部として機能できる。開口部は部分的に開口することもでき、約１．２ｍｍから約２．５ｍｍの範囲など、直径は約１．２ｍｍから約３．０ｍｍの範囲を超えて連続的に変化できる。
【００４５】
開口部の直径を変化させることによって、埋め込み可能な眼科デバイス２００の焦点深度を変化させ、および埋め込み可能な眼科デバイス２００の有効屈折力を増加させることができる。固定された屈折力２．０ジオプター（ｄ）を有する非球面光学素子２１０では、埋め込み可能な光学デバイス２００の平均全体屈折力は開口直径が１．２ｍｍの場合には約３．５Ｄであり、開口直径が１．６ｍｍの場合に約２．５Ｄであり、および開口直径が２．０ｍｍの場合には約１．３Ｄである。
【００４６】
残念ながら、焦点深度を大きくしおよび有効屈折力を変化させるために、電気活性素子２２０だけ（すなわち、非球面光学素子を使用しない）を使用すると、埋め込み可能な眼科デバイス２００を介して伝達される光量も低減する。結果として、開口部を閉じると、埋め込み可能な眼科デバイス２００によって投影される画像は調光するように見える。開口部がとても小さくおよび／または周辺光レベルが非常に低いと、画像が非常に薄暗くて見ることができない。さらに、物体との距離が５０ｃｍ以下で完全な眼球の調節運動を提供するように設計すると、電気活性素子２２０それ自体では、中間の距離の物体を撮像するのに十分に広範囲の屈折力を供給することができない（たとえば、約４５ｃｍ〜１００ｃｍ）。同様に、物体までの距離が遠い場合（たとえば、４メーター以上）の視力を劣化させないで、非球面光学素子２１０などのレンズを含む静的光学素子は、物体との距離が５０ｃｍ以下では完全な眼球の調節運動を提供することができない。
非球面光学素子と電気活性素子との相互関係
【００４７】
非球面光学素子２１０を電気活性素子２２０と一緒に使用することによって、中間または遠距離の物体を撮像する患者の能力を犠牲にすることなく、物体との距離が５０ｃｍ以下で完全な眼球の調節運動を提供することが可能になる。さらに、非球面光学素子の形状２１０および／または電気活性素子２２０の状態（構成）によって、全く同一の屈折力および焦点深度での球面レンズ／開口部の組み合わせよりも、埋め込み可能な眼科デバイス２００により多くの光を透過させるように選択させることができる。他の場合には、電気活性素子２２０は、フレネルレンズ、または可変屈折力を有する他の素子（開口部が中心にある）などの回折性または屈折性レンズとして機能する。物体との距離（センサーによる測定によって推定される）の変化に応じて、開口部のサイズおよび／または電気活性素子２１０の屈折力を変化させることによって、埋め込み可能な眼科デバイスの真の屈折力および焦点深度を、近距離および／または中間距離の物体の画像に最適に焦点を合わせられるように変化させることができる。
【００４８】
たとえば、例示の埋め込み可能な眼科デバイスは、たとえば４メーター以上離れた遠距離の物体に焦点を合わせることができない患者の能力を補償するための追加の（静的）屈折力を有する非球面光学素子および球面光学レンズを含むことができる。電気活性素子は物体からの距離が約３０ｃｍから約２ｍで活性化することができ、中間距離にある物体面（たとえば、距離約１００ｃｍでの平面）および近距離にある物体面（たとえば、距離約３３〜５０ｃｍでの平面）に焦点を合わせるために、追加される屈折力を提供する。いくつかの場合には、電気活性素子を活性化させることによって、約＋０．５Ｄから約＋２．５Ｄの範囲のどのポイント、たとえば、約＋２．０Ｄでも屈折力を追加できる。電気活性素子は屈折力の範囲内で離散的な設定値を持つことができ、または屈折力の範囲内で連続的に調節可能である。
【００４９】
非球面光学素子および直径が可変である電気活性開口部を備える、例示の埋め込み可能な眼科デバイスの性能は、光学的伝達関数（ＯＴＦ）によって定量的に記載でき、光学的伝達関数（ＯＴＦ）は対象物体の空間周波数の関数である複素コントラスト感度関数である。眼球の光学系は、ターゲット空間周波数によるが、画像のコントラストを低減することに加えてターゲットの空間周波数に対して画像の空間周波数を変更できるので、複素コントラスト感度関数は、画質を特徴付けるために使用することができる。原則として、ＯＴＦは、物体との距離および照明レベル毎に構成できる。これらの変数の両方とも眼球の光学系を変化させるので、眼球のＯＴＦは物体との距離および照明レベルによって変化する。眼球のＯＴＦは、眼球の屈折異常、眼球の収差または老眼の発現による調節能力の喪失によって低減する。
【００５０】
点物体の画像は、結像光学系の変調伝達関数（ＭＴＦ）でコンボリューションされる開口のフーリエ変換であり、ここでＭＴＦは上記で論じたＯＴＦの実数成分である。結果として得られる点像はポイントスプレッドファンクション（ＰＳＦ）として知られ、および眼球光学部材（すなわち、肉眼または眼科治療手段によって矯正された眼球）の品質を測定する指標としての役割を果たす。網膜像のＰＳＦは、特にハローまたは閃光または他の画像アーチファクトにさらされた場合に、視覚的体験の質と相関することが見出された。このように、電気活性素子の適切な構成を選択するために、系統的な取り組みを適用できる。
【００５１】
図７Ａおよび図７Ｂは、非球面レンズおよび標準レンズでの異なる物体距離でのＭＴＦのプロットを示し、および、広い直径（４４％透過；図７Ａ）および狭い直径（６％透過；図７Ｂ）を備える電気活性開口部を使用した。予想どおり、非球面レンズ／開口部の組み合わせに対するＭＴＦおよび画質は、標準レンズ／開口部の組み合わせよりも非常に良い。各非球面レンズ／開口部の組み合わせに対するＭＴＦは略線形傾斜で次第に小さくなるが、各標準レンズ／開口部の組み合わせに対するＭＴＦは、ゼロに近づくにつれて不足減衰する振動を示す。非球面レンズ／開口部の組み合わせに対するＭＴＦの変化も、標準レンズ／開口部の組み合わせに対するＭＴＦの変化よりもかなり小さい。
【００５２】
図８は、４４％透過状態（上側の行）に開き、および６％透過状態（下側の行）に閉じる電気活性開口部と組み合わせて、図７Ａおよび図７Ｂの非球面レンズを使用して記録された像を示す。予想どおり、広い開口に対しては遠くにある物体（３ｍ）の画質が良く、および、狭い開口に対しては近くの物体の画質が良い。図８Ｂは、図７Ａおよび図７Ｂのレンズ／開口の部の組み合わせによって記録された画像を示す。ふたたび、非球面レンズ／開口組部のみ合わせによれば、すべての物体距離で標準レンズ／開口の組み合わせよりもより鮮明な像を生成する。
【００５３】
動的素子および静的素子によって付加される付加屈折力と、瞳孔サイズ、および電気活性素子が活性化される物体との距離（瞳孔サイズによって推察される）に応じて、静的素子によって提供される屈折力の変化の割合との間にはトレードオフがある。表２はこのトレードオフを示し、電気活性素子が物体距離１００ｃｍ、５０ｃｍ、および４０ｃｍでスイッチングされた場合に、埋め込まれた眼科デバイスを介して見られる、異なる物体距離（および瞳孔直径）での画像のぼけを示す。この例では、非球面光学素子はピーク屈折力０．７５Ｄをその中心で有し、スイッチオンされると電気活性素子は屈折力２．５０Ｄをもたらす。距離２００ｃｍでの物体に対する０．５０Ｄの画像ぼけは自然の焦点深度に等しい。表２では、電気活性素子が２．５０Ｄを提供し、および静的素子の最高屈折力が０．７５Ｄになるように設計された場合には、物体距離が約５０ｃｍで電気活性素子がスイッチオンされると、埋め込まれた眼科デバイスが最適な性能を示すことを表す。
【表２】
2013532010.tif 000006
【００５４】
最適なスイッチング構成は、電気活性素子によって供給される増分屈折力および非球面光学素子の設計によって異なる。一般に、電気活性素子によって供給される増分屈折力が大きくなるほど、中間の物体距離でのピンぼけの大きさは大きくなる。
埋め込み可能な眼科デバイスに使用されるプロセッサの例
【００５５】
上記のような、例示の埋め込み可能な眼科デバイスは、電気活性素子と電気的に結合し、および瞳孔サイズおよび／またはユーザ入力の指示に応じて電気活性素子を活性化するように構成されるプロセッサを含んでもよい。いくつかの実施形態では、プロセッサは、ＡＳＩＣなどの集積回路であり、集積回路は、電気活性素子を駆動するための１つまたは複数の設定を記憶するためのメモリを含む。たとえば、瞳孔サイズの変化などによって示されるように、プロセッサでユーザが異なる距離にある物体に焦点を合わせようとしていることを示す情報を受信すると、適切な電極に電圧を印加することによって、電気活性素子の１つまたは複数のピクセルをスイッチンする。プロセッサ（および関連するソフトウェアまたはファームウェア）は、事前にプログラムする方法または順応性がある方法で、複数のセグメントを任意にアドレッシングすることができる。関連するソフトウェアおよび／またはファームウェアは、特定用途向けチップ、または、特定の用途のために構成された汎用用途向けチップなどコンピュータ読み出し可能な記憶媒体によって永続的に実現することができ、またアナログ信号またはデジタル信号が供給される。
【００５６】
プロセッサは、患者の年齢、患者の人種、患者の体重、焦点深度に応じて変化する特定の（または代表的な）患者の瞳孔サイズ等に基づいて電気活性素子を活性化するようにプログラムすることができる。眼科医などの専門医は、長所のある機能に基づいて所望の視覚性能を達成するために、電気活性素子の最適な設定を選択し、次に、感光性セルなどのアンテナまたはｒｆアンテナを介して眼科デバイスに該設定値をアップロードする。デバイスは、埋め込み前および／または埋め込み後にプログラムされてもよい。場合によっては、デバイスは定期的に再プログラムされてもよく、たとえば、毎年、患者の視覚の変化および／またはデバイスそれ自体の自然の劣化に基づいて再プログラムされてもよい。眼科医は、必要に応じて電気活性素子の設定を調節するために、患者からのフィードバックを使用してもよい。
埋め込み可能な眼科デバイスに使用されるセンサーの例
【００５７】
センサーは、ユーザ焦点を合わせようとしている物体（単数または複数）までの距離を測定または推定するために使用されることができる。センサーは、操作可能に（たとえば、無線または電気的に）プロセッサに結合でき、および、プロセッサに物体距離および／または瞳孔サイズの指示情報を供給できる。センサーは、ユーザが焦点を合わせようとしている距離を検出するための距離計並びに／または周辺光および／または埋め込み可能な眼科デバイスへの入射光を検出する感光性セルなどの１つまたは複数のセンシング素子を含むことができる。適切な感光性セルは、これに限定されるものではないが、光検出器、光起電力セル、および紫外線または赤外線検出フォトセルが挙げられる。他の適切なセンシング素子には、これに限定されるものではないが、チルトスイッチ、受動距離測定デバイス、飛行時間型距離測定バイス、視標追跡装置、視界検出器、加速度計、近接スイッチ、物理的スイッチ、手動オーバライド制御、ユーザが眼鏡の鼻梁に接触するとスイッチする容量性スイッチ、瞳孔直径検出器、眼筋または眼球神経に接続されているバイオフィードバックデバイス、または同種のものが挙げられる。センサーには、ユーザの頭の傾き角またはユーザの眼球の全周にわたる回転を検出するために採用される、１つまたは複数の微小電気機械（マイクロマシニング）システム（ＭＥＭＳ）ジャイロスコープを含むことができる。
【００５８】
説明されるセンサーは、それぞれのアレー上に焦点レンズを設けた２つ以上の光検出アレーを含むことができる。それぞれの焦点レンズは、ユーザの眼球から特定の距離で適切な焦点を結ぶ焦点距離を有する。たとえば、３つの光検出アレーを使用することができ、第１の光検出アレーは近距離で適切に焦点を結ぶ焦点レンズを有し、第２の光検出アレーは中間距離で適切に焦点を結ぶ焦点レンズを有し、および第３の光検出アレーは遠距離で適切に焦点を結ぶ焦点レンズを有する。異なるアルゴリズムのすべてを使用でき、どのアレーが最も高いコントラスト比を有する（すなわちベストフォーカスを提供する）か、を決定することができる。このように、最も高いコントラスト比を有するアレーが、ユーザからユーザが焦点を合わせようとしている物体までの距離を決定するために使用される。
【００５９】
センサーが物体距離、瞳孔サイズ、および／または光強度変化を検出すると、埋め込み可能な眼科デバイスの電気活性素子を活性化および／または非活性化させるトリがとなるプロセッサへ、センサーは信号を送信する。たとえば、センサーは光強度を検出し、およびこの情報をプロセッサに伝達できる。ユーザが近接距離の範囲内で焦点を合わせようとしていることをセンサーが検知すると、プロセッサは、電気活性素子にその屈折力を大きくするように動作させることができる。ユーザが近接距離範囲を越えて焦点を合わせようとしていることをセンサーが検知すると、プロセッサは、電気活性素子にその屈折力を小さくするように動作させることができる。プロセッサは、光強度の変化が一時的なものとならないことを確実にするために、遅延特性を持つことができる（例えば、遅延特性の遅延よりも長い間続く）。このように、ユーザがユーザの眼球をまばたきさせると、遅延回路の遅延は、まばたきをする時間よりも長いので、開口部のサイズは変化しないであろう。遅延は約０．０秒よりも大きく好ましくは１．０秒以上である。
【００６０】
いくつかの実施形態では、センサーおよび／またはプロセッサが、手動で動作する遠隔スイッチによって無効にされることができる。該遠隔スイッチは、無線通信、音波通信、振動通信、または単に例示に過ぎないが、赤外線などの光通信によって、信号を送信できる。単に例示に過ぎないが、センサーは照明が薄暗いレストランなどの暗い部屋を検出することができ、コントローラは、より多くの光が網膜に到達できるように動的開口部を拡張させることができる。しかしながら、これによって、小さな文字で印刷されたメニューを読むなどの近距離での仕事を実施するユーザの能力に影響を及ぼす。たとえば、ユーザは、埋め込み可能な眼科デバイスの電気活性素子を遠隔で制御することができ、屈折力を変化させおよび／または焦点深度を大きくして、メニューを読むユーザの能力を増すように制御することができる。近距離での仕事が完了すると、ユーザはセンサーおよびコントローラを遠隔で制御して、電気活性素子を以前の屈折力および／または焦点深度設定値を有するように戻すことができる。さらなる電気、光学、および機械センサーについては、その全体を参照によって本明細書に援用する、Ｂｌｕｍ  ｅｔ  ａｌ，．の参照米国特許第号７，９２６，９４０号を参照すること。
【００６１】
あるいは、センサーは、眼球の細胞質液体などの眼球のイオン濃度の変化を監視する電気化学検出器を含むことができる。当業者には理解されるように、調節性応答（調節性ループとも呼ばれる）は、少なくとも３つの不随意眼球応答：（１）毛様体筋の収縮、（２）虹彩括約筋収縮（瞳孔収縮は焦点深度を大きくする）、および（３）ふくそう（最大両眼加重および最高に立体映像のために、内方向を見ることによって物体面での両眼融合を可能にする）が含まれる。毛様筋および虹彩括約筋の両方ともが平滑筋であって、その弛緩および収縮は、カルシウム、ナトリウム、カリウム、リン酸、マグネシウム、亜鉛、またはその他の適切なイオンを運搬するイオンチャネルによって調節される。調節性インパルスによって、毛様筋および／または虹彩括約筋を弛緩および／または収縮させると、イオンチャネルのイオン濃度は、イオン濃度の変化に応じて電気信号を送信する電気化学検出器によって測定できる量または差分だけ変化する。さらなる調節性トリガーおよびセンサーは、その全体が参照によって本明細書に援用される、２００９年７月２日に提出された、Ｇｕｐｔａ  ｅｔ  ａｌ．，の「Ｓｅｎｓｏｒ  ｆｏｒ  Ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ  Ａｃｃｏｍｍｏｄａｔｉｖｅ  Ｔｒｉｇｇｅｒ」という名称の米国特許出願第１２／４９６，８３８号を参照すること。
埋め込み可能な眼科デバイスに使用されるアンテナの例
【００６２】
デバイス２００は、アンテナ２６０を備えることもでき、該アンテナはプロセッサ２２０を制御または更新するための無線周波数（ｒｆ）または光学信号のいずれかを受信するように構成することができ、および、下記のようにバッテリー２５０を充電するために使用できるように構成することができる。アンテナは手動の無効化信号を受信することもできる。
埋め込み可能な眼科デバイスに使用される電源供給部の例
【００６３】
プロセッサは、少なくともその電力の一部を電源供給部から引き込むことができ、電源供給部はＥｘｃｅｌｌａｔｒｏｎによって製造されたものと同様のキャパシタまたは薄膜再充電可能バッテリーなどである。たとえば、図２に示すように、プロセッサ２２０に結合された１つまたは複数の再充電可能バッテリー２５０は、埋め込み可能な眼科デバイス２００のプロセッサ２２０および他の電子部品に電力を供給する。薄膜再充電可能バッテリーは４５，０００サイクルを越えて再使用することが可能であり、これはレンズまたは光学部材の使用可能寿命が２０〜２５年であることを示している。２つの薄膜再充電可能バッテリーを使用して、他の上に積層させることができる。この構成では、バッテリーの１つを２０〜２５年使用することができ、第１のバッテリーがこれ以上動作しなくなってから、他のバッテリーに切り変えることができる。あるいは、他のバッテリーへ、遠隔でコントローラに送信された信号によって切りかえることができる。これによって、光学部材またはレンズの寿命を４０〜５０年に延長することができる。電源供給部は、単に例示に過ぎないが、誘導によって遠隔充電されてもよく、これは、その全体を参照によって本明細書に援用する、Ｄｅｖｉｃｅ  ｆｏｒ  Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｃｈａｒｇｉｎｇ  ｏｆ  Ｉｍｐｌａｎｔｅｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅｓ」という名称の米国特許出願第１２／４６５，９７０号に説明されている。
【００６４】
太陽電池または光起電力セルなどの１つまたは複数の感光性セルを、補完、増強、および／またはバッテリーの必要性を除くためにも使用することができる。感光性セルはユーザの視線から外れるように位置させ、たとえば、暗闇で部分的に拡張するが、完全に拡張しない状態の瞳孔の周辺部に対する周辺である。このようにすることで、感光性セルまたはセルを活性化することができる、眼球に安全なレーザを使用してデバイスを充電することができる。
【００６５】
あるいは、感光性セルは、ユーザ眼球の虹彩部分の前に位置してもよく（眼球の角膜の近くに）、および、ユーザの眼球の虹彩の部分から離れて配置されてもよい。細い電気配線は、太陽電池をプロセッサに動作可能に接続することができる。電気配線は、虹彩に接触せずに瞳孔を介して配線させ、埋め込み可能な眼科デバイスと動作可能に接続することができる。太陽電池は、別の電源供給部を必要としないほど十分な電力を供給できるほどに十分に大きい。細い電気配線は電気を通さずに、太陽電池を適切な位置に保持するために適切な引張強度を有する形状因子を有することができる。いくつかの構成では、眼科レーザによって虹彩に１つまたは複数の小さな孔が形成されるので、細い電気配線が太陽電池を埋め込み可能な眼科デバイスに接続する。
【００６６】
説明された実施形態の明細書本文は、記述して説明する目的に提供される。それは包括的であることを意図しておらず、または、開示された正確な形態に限定されることを意図しておらず、および修正および変形は上記の本教示内容の観点から可能であり、または、開示された実施形態の実施によって得ることができる。本発明の範囲は、本明細書に添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物によって定義されることを意図している。
【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７Ａ−１】
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【図７Ａ−２】
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【図７Ｂ−１】
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【図７Ｂ−２】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【国際調査報告】
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