(57)【要約】  動的電気活性素子を備える眼科デバイスは、老眼または無水晶体症で苦しむ人々の失われた眼球の調節運動を回復するように、可変の屈折力および／または可変の焦点深度を提供する。例示のデバイスは調節性応答を示す生理学的プロセスを検出し、屈折力および／または焦点深度を所望の値に変化させる動的電気活性素子を駆動する。例示のデバイスは、調節性応答を処理し、および電気活性素子を駆動する２つの特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を含む。高電圧ＡＳＩＣは、電源供給部からの低い電圧を、電気活性素子を駆動するために、適切な高電圧に昇圧する。別のＡＳＩＣは低い電圧で動作し（したがって消費電力が小さい）、高電圧ＡＳＩＣの動作状態を制御する。各ＡＳＩＣは可能な限り低い電圧で動作するので、例示の眼科デバイスの消費電力は他の眼科デバイスよりも少ない。
2013534847.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、
第１の電圧で電気活性素子を駆動するように構成される高電圧特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）と、
前記高電圧ＡＳＩＣに動作可能に結合し、および（Ｉ）前記高電圧ＡＳＩＣを制御し、および（ＩＩ）前記第１の電圧より低い第２の電圧で動作するように構成される低電圧ＡＳＩＣと、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、
前記低電圧ＡＳＩＣは、前記高電圧ＡＳＩＣをアイドル状態から動作状態へ移行させることで前記高電圧ＡＳＩＣを制御するように構成される眼科デバイス。
【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、
前記第１の電圧は約５ボルト以下であり、および前記第２の電圧は約５ボルトから約１１ボルトである眼科デバイス。
【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、
前記第２の電圧以下の電源電圧で前記高電圧ＡＳＩＣおよび前記低電圧ＡＳＩＣの少なくとも一つに電流を供給するように構成される電源供給部をさらに備える眼科デバイス。
【請求項５】
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、
前記高電圧ＡＳＩＣは、前記電源電圧から前記第１の電圧へ変換するチャージポンプを含む眼科デバイス。
【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、
前記低電圧ＡＳＩＣからの信号に応じて、前記電源供給部から前記高電圧ＡＳＩＣへ電流を流すように構成されるスイッチと、
スイッチ動作に対応して前記高電圧ＡＳＩＣをリセットするように構成されるパワーオンリセットブロックをさらに含む眼科デバイス。
【請求項７】
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、
前記電源供給部は、バッテリーを含み、および前記バッテリーと動作可能に結合し、および前記バッテリーを充電するように構成されるバッテリー充電器をさらに含む眼科デバイス。
【請求項８】
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、
前記バッテリー充電器と動作可能に結合し、およびｒｆエネルギーを前記バッテリー充電器に結合させるように構成される無線周波数（ｒｆ）アンテナと、
ｒｆアンテナの電力伝達特性を変更するためのインピーダンスを提供するためのｒｆアンテナと直列に配置される共振キャパシタと、
前記共振キャパシタを調節するためのチューナーをさらに含む眼科デバイス。
【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、
前記バッテリー充電器は、
（Ｉ）前記バッテリーが所定の電圧に達するまで一定電流で充電し；および
（ＩＩ）前記バッテリーが前記所定の電圧に達した後に所定の時間、一定電圧で前記バッテリーを充電して前記バッテリーを充電するように構成される眼科デバイス。
【請求項１０】
請求項９に記載の埋め込み可能な眼科デバイスにおいて、
前記一定電流は約１２０μＡから約１８０μＡである眼科デバイス。
【請求項１１】
請求項９に記載の埋め込み可能な眼科デバイスにおいて、
前記所定の電圧は約１．６Ｖから約１．８Ｖである眼科デバイス。
【請求項１２】
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、
前記電源供給部は、太陽電池を含む眼科デバイス。
【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、
前記高電圧ＡＳＩＣおよび前記低電圧ＡＳＩＣの少なくとも一つは、前記電気活性素子を活性化させるための情報を記憶するように構成される不揮発性メモリを含む眼科デバイス。
【請求項１４】
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、
前記高電圧ＡＳＩＣおよび前記低電圧ＡＳＩＣの少なくとも一つは、患者の目の調節性応答を示す眼球の調節運動信号に基づいて、前記電気活性素子の動作状態を決定するプログラマブルロジックコントローラを含む眼科デバイス。
【請求項１５】
請求項１４に記載の埋め込み可能な眼科デバイスにおいて、
前記高電圧ＡＳＩＣおよび前記低電圧ＡＳＩＣの少なくとも一つは、センサーからのアナログ信号を前記眼球の調節運動信号に変換するように構成されるアナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）を含む眼科デバイス。
【請求項１６】
請求項１５に記載の埋め込み可能な眼科デバイスにおいて、
前記高電圧ＡＳＩＣおよび前記低電圧ＡＳＩＣの少なくとも一つは、温度およびＡＤＣへの電源電圧の両方に依存しない参照電圧を供給するように構成されるバンドギャップブロックをさらに含む眼科デバイス。
【請求項１７】
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、
前記高電圧ＡＳＩＣおよび前記低電圧ＡＳＩＣの少なくとも一つは、長さが約２ｍｍ以下または／および幅が約２ｍｍ以下である眼科デバイス。
【請求項１８】
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、
前記高電圧ＡＳＩＣおよび前記低電圧ＡＳＩＣは密封される眼科デバイス。
【請求項１９】
埋め込み可能な眼科デバイスを動作させる方法であって、
高電圧特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）によって提供さる第１の電圧で電気活性素子を駆動する工程と、
前記第１の電圧よりも低い第２の電圧で動作する低電圧ＡＳＩＣで前記高電圧ＡＳＩＣを制御する工程を含む方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法において、
前記高電圧ＡＳＩＣを制御する工程は、前記高電圧ＡＳＩＣをアイドル状態から動作状態へ移行させることを含む方法。
【請求項２１】
請求項１９に記載の方法において、
前記第１の電圧は約５ボルト以下であり、および前記第２の電圧は約５ボルトから約１１ボルトである方法。
【請求項２２】
請求項１９に記載の方法において、
前記第２の電圧以下の電源電圧で高電圧ＡＳＩＣおよび低電圧ＡＳＩＣの少なくとも一つに電源供給部から電流を供給する工程をさらに含む方法。
【請求項２３】
請求項２２に記載の方法において、
前記電源電圧から前記第１の電圧へ変換する工程をさらに含む方法。
【請求項２４】
請求項２２に記載の方法において、
前記低電圧ＡＳＩＣからの信号に応じて、前記電源供給部から前記高電圧ＡＳＩＣに電流が流れるようにスイッチを駆動する工程と、
前記スイッチの駆動に応じて前記高電圧ＡＳＩＣをリセットする工程をさらに含む方法。
【請求項２５】
請求項２２に記載の方法において、
前記電源供給部は、バッテリーを含む方法。
【請求項２６】
請求項２５に記載の方法において、
前記バッテリーと動作可能に結合するバッテリー充電器に無線周波数エネルギーを誘導的に結合させる工程をさらに含む方法。
【請求項２７】
請求項２５に記載の方法において、
（Ｉ）前記バッテリーが所定の電圧に達するまで一定電流で前記バッテリー充電する工程と、
（ＩＩ）前記バッテリーが前記所定の電圧に達した後に所定の時間、一定電圧で前記バッテリーを充電する工程をさらに含む方法。
【請求項２８】
請求項２７に記載の方法において、
前記一定電流は約１２０μＡから約１８０μＡである方法。
【請求項２９】
請求項２７に記載の方法において、
前記所定の電圧は約１．６Ｖから約１．８Ｖである方法。
【請求項３０】
請求項２２に記載の方法において、
前記電源供給部は、太陽電池を含み、および、前記太陽電池で電流を生成する工程をさらに含む方法。
【請求項３１】
請求項１９に記載の方法において、
前記電気活性素子を駆動するための情報を記憶する工程をさらに含む方法。
【請求項３２】
請求項１９に記載の方法において、
患者の目の調節性応答を示す眼球の調節運動信号に基づいて、前記電気活性素子の動作状態を決定する工程をさらに含む方法。
【請求項３３】
請求項３２に記載の方法において、
センサーからのアナログ信号を前記眼球の調節運動信号に変換する工程をさらに含む方法。
【請求項３４】
請求項３３に記載の方法において、
前記眼球の調節運動の検出に応じて前記センサーで前記アナログ信号を生成する工程をさらに含む方法。
【請求項３５】
請求項１９に記載の方法において、
前記高電圧ＡＳＩＣおよび前記低電圧ＡＳＩＣの少なくとも一つは、長さが約２ｍｍ以下または／および幅が約２ｍｍ以下である方法。
【請求項３６】
請求項１９に記載の方法において、
前記高電圧ＡＳＩＣおよび前記低電圧ＡＳＩＣは、密封される方法。
【請求項３７】
埋め込み可能な眼科デバイスであって、
第１の電圧で電流を供給するように構成される電源供給部と、
前記電源供給部に動作可能に結合し、前記第１の電圧を、前記第１の電圧および電気活性素子を駆動するために適切な電圧よりも大きい、第２の電圧に変換するように構成されるチャージポンプと、
前記バッテリーと動作可能に結合し、および、
（Ｉ）前記バッテリーが所定の電圧に達するまで一定電流で充電し；
（ＩＩ）前記バッテリーが所定の電圧に到達した後所定の期間、一定電圧でバッテリーを充電するように構成されるバッテリー充電器と、を含む眼科デバイス。
【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、２０１０年６月２０日に提出された米国仮特許出願番号６１／３５６，６１９号の優先権を主張するものである。「ＡＳＩＣ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ．」という名称の上記で参照される特許出願は、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つの大きな条件があり、：それ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の眼球の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。
【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眼球内レンズ（ＩＯＬｓ）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、連続性が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】
偽水晶体は眼球の水晶体をＩＯＬと取り替えたものであり、通常白内障の手術中に水晶体を外科的に切除した後に実施される。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。偽水晶体の人々では、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。
【０００５】
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、窩での小角度（たとえば、約７度）の範囲で遠くの物体が見えるように選択される。残念ながら、単焦点ＩＯＬは固定焦点距離なので、眼球の自然な眼球調節運動応答をまねる、または、置き換えることはできない。幸いなことに、液晶セルなどの電気活性素子を備える眼科デバイスは、損傷または除去された水晶体眼球の調節運動に変わって、可変の屈折力を提供するために使用できる。たとえば、その全体が参照によって本明細書に援用されるＢｌｕｍ  ｅｔ  ａｌ．，の米国特許第７，９２６，９４０号に開示されているように、動的な可変屈折力を提供するように、電気活性素子をシャッターとして使用できる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
開示された技術の実施形態では、埋め込み可能な眼科デバイス、および高電圧特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、および高電圧ＡＳＩＣに動作可能に結合した低電圧ＡＳＩＣを備える埋め込み可能な眼科デバイスを動作させる方法を含む。高電圧ＡＳＩＣは、第１の電圧で電気活性素子を駆動するように構成され、低電圧ＡＳＩＣは、（Ｉ）高電圧ＡＳＩＣを制御し、および（ＩＩ）第１の電圧より低い第２の電圧で動作するように構成される。たとえば、低電圧ＡＳＩＣは、高電圧ＡＳＩＣをアイドル状態から動作状態へ移行させるように高電圧ＡＳＩＣを制御してもよい。場合によっては、第１の電圧は約５ボルト以下であり、および第２の電圧は約５ボルトから約１１ボルトである。
【０００７】
例示の埋め込み可能な眼科デバイスは、第２の電圧以下の電源電圧で、高電圧ＡＳＩＣおよび低電圧ＡＳＩＣの少なくとも一つに電流を供給する電源供給部をさらに含む。スイッチは、低電圧ＡＳＩＣからの信号に応じて、電源供給部から高電圧ＡＳＩＣへ電流を流すことを可能にする。オプションで、パワーオンリセットブロックは、スイッチの動作に対応して、高電圧ＡＳＩＣをリセットする。高電圧ＡＳＩＣのチャージポンプは、電源電圧から第１の電圧へ変換するために使用できる。
【０００８】
いくつかの実施形態では、埋め込み可能な眼科デバイスは、電源供給部として機能する１つまたは複数のバッテリーを備える。たとえば、無線周波数（ｒｆ）アンテナによってデバイスに誘導的に結合するｒｆ電圧を整流して、バッテリーを動作可能に結合するバッテリー充電器は、バッテリーを充電する。ｒｆアンテナと直列に配置される共振キャパシタは、ｒｆアンテナの電力伝達特性を変更するためのインピーダンスを提供でき、およびチューナーは共振キャパシタを調節するために使用できる。バッテリー充電器は、（Ｉ）バッテリーが所定の電圧に達するまで一定電流で充電し；および（ＩＩ）バッテリーが所定の電圧に達した後に、所定の時間、一定電圧でバッテリーを充電することでバッテリーを充電する。一定電流は約１２０μＡから約１８０μＡであり、および所定の電圧は約１．６Ｖから約１．８Ｖである。
【０００９】
あるいは、電源供給部自体が太陽電池であり、または、高電圧ＡＳＩＣおよび／または低電圧ＡＳＩＣに電力を供給するための電流を生成する太陽電池を含む。
【００１０】
さらなる実施形態では、高電圧および低電圧ＡＳＩＣの少なくとも一つは、電気活性素子を活性化させるために、電気活性素子を活性化させるための情報を記憶するように構成される、不揮発性メモリ、および／または、患者の目の調節性応答を示す眼球の調節運動信号に基づいて、電気活性素子の動作状態を決定するプログラマブルロジックコントローラを含む。眼球の調節運動信号はアナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）によってアナログ信号から変換され、オプションで、該アナログ信号を、温度および電源電圧とは独立したバンドギャップブロックからの参照信号と比較する。
【００１１】
例示的な実施形態では、一方または両方のＡＳＩＣは、長さが約２ｍｍ以下または／および幅が約２ｍｍ以下である。ＡＳＩＣは、密封されていてもよい。
【００１２】
なお別の実施形態では、埋め込み可能な眼科デバイスは、第１の電圧で電流を供給するように構成される電源供給部を含む。電源供給部に動作可能に結合するチャージポンプは、第１の電圧を、第１の電圧および電気活性素子を駆動するために適切な電圧の両方よりも大きい第２の電圧に変換する。バッテリー充電器は、（Ｉ）バッテリーが所定の電圧に達するまで一定電流で；および（ＩＩ）バッテリーが所定の電圧に到達した後、所定の期間、一定電圧でバッテリーを充電する。
【００１３】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】再充電可能バッテリー、第１の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、第２のＡＳＩＣ、および、電気活性素子を含む埋め込み可能な眼科デバイスの略図である。
【図２】図１の埋め込み可能な眼科デバイスに使用するために適切な第１のＡＳＩＣおよび第２のＡＳＩＣを示す。
【図３】図１および図２のＡＳＩＣに使用するために適切なチャージポンプの回路図である。
【図４】図１および図２のＡＳＩＣに使用するために適切なアナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）の回路図である。
【図５】図１および図２のＡＳＩＣに使用するために適切なバンドギャップブロックの回路図である。
【図６】図２のアクチュエータを示す。
【図７】図１の再充電可能バッテリー、第１の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、第２のＡＳＩＣ、および電気活性素子の平面図および正面図を示す。
【図８】図１の眼科デバイスに使用するために適切な代替の第１のＡＳＩＣおよび第２のＡＳＩＣを示す。
【図９】図８のバッテリーレベルモニターを示す。
【図１０】図８のバッテリー充電器を示す。
【図１１】図８のバッテリーを誘導的に充電することに適切な無線周波数（ｒｆ）アンテナを示す。
【図１２】図８のバッテリーを充電するためのＤＣ電圧を生成するために適切な整流回路を示す。
【図１３】図１１の適切なｒｆアンテナを使用して、図８のバッテリーを誘導的に充電する様子を示す図である。
【図１４】例示の第１のＡＳＩＣおよび第２のＡＳＩＣの動作を示す状態図である。
【図１５】図２および図８のＡＳＩＣとともに使用することに適切な例示の電気活性素子を示す。
【図１６】例示のバッテリー充電サイクル中の時間に対する電流および電圧プロットを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
特定用途向け集積回路を備える眼科デバイス
埋め込み可能な眼科デバイス、および装着型眼科デバイスなどに使用される電気活性素子には、約５〜１１Ｖ（たとえば、約９Ｖ）の動作電圧が必要である。典型的には、直径および厚さがわずか数ミリメートルである埋め込み可能な眼科デバイス、または装着型眼科デバイスの使用に適切な、バッテリー、太陽電池または他の電源から供給される典型的な電圧である４Ｖ以下よりも、これらの動作電圧はずっと大きい。専用の駆動回路は、電源電圧を電気活性素子が駆動するための十分に高い電圧に上げるために使用できるが、専用の駆動回路は、追加の空間が必要となるので、眼科デバイスのサイズを大きくし、および、電力を浪費するので、眼科デバイスの使用可能寿命を低減させる。また、眼科デバイスのすべての電子機器は電気活性素子と同じ電圧で動作できる。しかしながら、これによって、電源供給部からの電圧を上昇させることによる熱損失のために、熱放散が増える。当業者には理解されるように、眼球に損傷を与えることになるので、熱放散の増加は好ましくない。
【００１７】
本明細書に開示された眼科デバイスのそれぞれは、２つの分離された特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を使用し、小領域および最小の電力損失で電気活性素子を駆動するために必要なすべての機能を提供する。たとえば、約４Ｖ等の比較的低い電圧で動作する第１のＡＳＩＣは、データ記憶（メモリ）、バッテリー充電などの機能を提供し、たとえば、５〜１１Ｖなどの比較的高電圧で動作する第２のＡＳＩＣは、チャージポンプを含み、１．４Ｖリチウムイオンバッテリーなどの電源供給部からの電圧を、電気活性セルの駆動電圧である５〜１１Ｖに昇圧する。ほとんどの電子機器は低い電圧で動作するので、電力をあまり消費せず、有効バッテリー寿命（およびデバイス自体の有効寿命）を、たとえば、約２０年以上に延ばす。さらに、チャージポンプは電力の消費量が少なく、および他のＤＣ−ＤＣ電力コンバータよりも領域が小さい（すなわち、設置面積が小さい）ので、サイズを小さくでき、および第２のＡＳＩＣの消費電力を抑えることができる。チャージポンプでは、他のＤＣ−ＤＣコンバータに使用される、高価なインダクタまたは追加される半導体が必要ない。
【００１８】
いくつかの例示のデバイスでは、機能（および関連する機能部品）は、第１の（低電圧）ＡＳＩＣと第２の（高電圧）ＡＳＩＣの間で以下のように区分される。第１のＡＳＩＣは、無線周波数（ｒｆ）電界によって電力が供給され、ｒｆ通信セクション（アンテナ）を含む機能ブロックと、電源管理の部品およびバッテリー充電器を含む。第２のＡＳＩＣは、治療に関する機能ブロックを含む。これらの治療機能ブロックは、１つまたは複数のバッテリーによって電力が供給される。第２のＡＳＩＣに含まれ、および第１のＡＳＩＣを介して電力が供給される、シリアル通信インターフェースを介して、第１のＡＳＩＣと第２のＡＳＩＣは通信する。
【００１９】
第１のＡＳＩＣは第２のＡＳＩＣを制御する。言い換えれば、第１のＡＳＩＣは「ウェイクアップ（ｗａｋｅ−ｕｐ）」信号を送信して第２のＡＳＩＣの動作状態を制御する。すなわち、電気活性素子を駆動せず、または電気活性素子に電力を供給せず、または電力をあまり消費しない第２のＡＳＩＣのアイドル（スリープ）状態から、バッテリー電圧を昇圧し、および／若しくは、電気活性素子を駆動または電気活性素子に電力を供給する第２のＡＳＩＣの動作状態に、第２のＡＳＩＣを移行させる。第１の（低電圧）ＡＳＩＣによって、第２の（高電圧）ＡＳＩＣの動作状態を制御することによって、類似の機能を患者に提供する他の眼科デバイスよりも眼科デバイスの消費電力は小さい。
【００２０】
第２のＡＳＩＣは、第２のＡＳＩＣがアイドル状態および動作状態のどちらにある場合にも、周期的にバッテリー電圧をサンプリングするバッテリー電圧レベルモニターをも含むことができる。たとえば、自己放電によって、バッテリー電圧が所定の閾値以下に降下したことをバッテリーレベルモニターが検出すると、第２のＡＳＩＣのスイッチ（たとえば、Ｒ−Ｓフリップフロップなどのラッチ素子）が開き、第２のＡＳＩＣをバッテリーから切断し、さらにバッテリーからの放電を停止させる。電流消費を低減（およびデバイスの寿命を延ばす）ための他の特徴は、可能な限りゲートの状態遷移を減らす低クロック周波数でＡＳＩＣを動作させること、および、可能な限り、間欠的にアナログ機能部分を動作させるようにＡＳＩＣを動作させることを含む。 
【００２１】
図１は、患者の視野を動的に矯正または調節するために使用される、ＩＯＬなどの例示の埋め込み可能な眼科デバイス１００を示す。デバイス１００は、本実施形態での電源供給部、第１のＡＳＩＣ１１０および第２のＡＳＩＣ１２０に結合する再充電可能バッテリー１３０を含む。バッテリー１３０は、比較的低い電圧、たとえば、約４Ｖ以下で、ＡＳＩＣ１１０とＡＳＩＣ１２０の両方に電流を供給する。第２のＡＳＩＣ１２０は、比較的高い電圧、たとえば、約５Ｖから約１１Ｖで動作する電気活性素子１４０に結合する。電気活性素子１４０は、デバイスの湾曲した表面によって提供される（光学）静的屈折力に加えて、動的に可変な屈折力および／または焦点深度を提供する。本実施形態では、電気活性素子１４０は、調節性トリガーに対応して開閉する可変直径開口として機能し、焦点深度を増減させる。デバイス１００は、眼球の調節性応答を検出するセンサー１５０も含むことができる。電子機器は、ガラス、樹脂、プラスチックまたは他の適切な材料で成形されるデバイス１００自体の中に組み込まれ、または密封される。
【００２２】
図２は、第１のＡＳＩＣ１１０および第２のＡＳＩＣ１２０をより詳細に示す。第１のＡＳＩＣ１１０は、電気的消去可能プログラマブルリードオンリーメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）または他の適切なメモリなどの不揮発性メモリ１１２に、電気活性素子１４０のための設定値を記憶する（すなわち、維持する）。異なる調節性応答に対応する電気活性素子１４０のための設定値は、ｒｆフロントエンド１１１を駆動する１つまたは複数の無線周波数（ｒｆ）アンテナ１６０（図１）を介して、メモリ１１２に読み込まれてもよい。たとえば、ｒｆアンテナ１６０によって受信される周波数でデータを転送する無線遠隔制御で、患者は眼科デバイスにアクセスし、眼科デバイスを駆動し、および／または眼科デバイスを更新できる。ｒｆアンテナ１６０は、下記のように電源供給部を充電するように使用されてもよい。レベルシフター１１３は、ｒｆフロントエンド１１１からの信号を適切な論理レベルに変換し、該適切な論理レベルは、メモリ１１１から情報を読み出し、およびバッテリー充電器１１４（以下に記載される）を制御する、デジタル制御およびシリアル／パラレルインターフェース（ＳＰＩ）デコーダ１１５で解釈できる論理レベルである。デジタル制御およびＳＰＩデコーダ１１５は、ＳＰＩリンク１１９を介して第２のＡＳＩＣ１２０へも接続する。
【００２３】
第２のＡＳＩＣ１２０のレベルシフター１２９は、第１のＡＳＩＣ１１０からのデジタル信号を、第２のＡＳＩＣ１２０のプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）１２２で使用される論理レベルへ変換する。電源供給部スイッチ１２７は、第１のＡＳＩＣ１１０および第２のＡＳＩＣ１２０を、バッテリー１３０およびバッテリーレベルモニター１２６に結合し、該バッテリーレベルモニター１２６は該スイッチを介してバッテリー１３０に結合され、バッテリー１３０から供給される電圧を監視する。パワーオンリセットブロック１１８は、電源供給部スイッチ１２７が閉じた場合に第２のＡＳＩＣ１２０をリセットする。バッテリー電圧閾値レベルは、立ち上がりエッジと立ち下がりエッジで同一である。閾値電圧周辺のグリッチのフィルタリングは遅延によって達成される。実際に、一旦活性化されると、パワーオンリセットブロック１１８がリセット信号をアクティブにしない前に、バッテリーレベルは最小時間で閾値よりも小さくなる。
【００２４】
ＰＬＣ１２２は、チャージポンプ１２１も駆動し、図３により詳細に示されるように、バッテリーからの低い電圧を、アクチュエータ１２３を備える電気活性素子１４０を駆動するのに適切な高電圧に昇圧または変換する。たとえば、チャージポンプ１２１は、バッテリー電圧約２Ｖを、液晶ベースの電気活性素子を駆動するのに適切なレベルである９Ｖに昇圧してもよい。チャージポンプ１２１は、セラミックキャパシタまたは電解キャパシタを能動スイッチで周期的にスイッチングさせることで、ＤＣバッテリー電圧を変換する。最初に、スイッチは、キャパシタを電圧源の両端に接続させることで、キャパシタを充電するようにスイッチングする。次に、スイッチはキャパシタを出力に接続し、異なる電圧レベル、すなわち、電気活性セル１４０に電力を供給するために使用される高電圧を生成する。
【００２５】
ＰＬＣ１２２は、センサー１５０、参照電圧をＡＤＣ１２４に供給するバンドギャップブロック１２５、およびクロック１２８からの信号をデジタル化するシグマ−デルタアナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）１２４にも結合される。動作中、図４により詳細に示されるＡＤＣ１２４は、アナログ信号をバンドギャップブロック１２５から生成される参照信号と比較して、センサー１５０からの調節性応答を示すアナログ信号（たとえば、光電流）をデジタル化する。ＡＤＣ１２４は、プログラマブル利得増幅器４０２、および、アナログレベルを捕捉範囲に自動的にスイッチさせるオートレンジ機能を含む。
【００２６】
図５に示すように、バンドギャップブロック１２５は、スイッチ５０４を介してバッファ５０６に結合される電圧参照部５０２を含む。バンドギャップブロック１２５がイネーブルにされると、バンドギャップブロック１２５が消費電力を低減するためにディスエーブルにさる一方で、スイッチ５０４は開き、ＡＤＣ１２４は参照信号をサンプルおよびホールドすることが可能になる。理想的には、参照信号はバッテリー電圧およびデバイス温度に依存せずに、調節性トリガーに対して一貫線がある反応を提供する。ＡＤＣ１２４は、検出された調節性トリガーを示すデジタル信号を、下記のアルゴリズムまたは論理によってデジタル信号を処理するＰＬＣ１２２へ伝送する。ＰＬＣ１２２メモリ１１２のルックアップテーブルに維持されているデータを読み出し、並びに、デジタル信号およびルックアップテーブルからのデータに基づいて、電気活性素子１４０のための適切な設定値を決定する。次にＰＬＣ１２２はチャージポンプ１２１およびアクチュエータ１２３を駆動し、電気活性素子１４０を適切に設定する。
【００２７】
たとえば、センサー１５０が瞳孔サイズの減少を検出するが、周辺光レベルの変化がない場合には、これは患者が近くの物体に焦点を合わせようとしていることを示す。ＡＤＣ１２４は、センサー１５０からの光電流をデジタル化し、光電流の振幅が眼球の調節運動の所望の程度を示すデジタル信号を提供する。（場合によっては、ＡＤＣ１２４は所定の利得で信号レベルを増幅してもよい。）ＰＬＣ１２２はデジタル信号を使用して、眼球の調節運動値のペアの中から電気活性素子１４０のために適切な設定値、およびメモリ１１２のルックアップテーブルに記憶されている対応する電気活性素子の設定値を選択する。ＰＬＣ１２２はチャージポンプ１２１を駆動し、次に該チャージポンプ１２１は図６でＨブリッジ回路として示されるアクチュエータ１２３を駆動し、図６で容量性負荷として示される電気活性素子１４０を駆動することによって、屈折力および／または焦点深度を大きくする。スイッチ６８０および６８６が閉じる場合に（およびスイッチ６８２および６８４が開く）正電圧が電気活性素子１４０の両端に印加される。スイッチ６８０および６８６が開き、並びに、スイッチ６８２および６８４が閉じると、この電圧は逆極性になる。
【００２８】
図７は、組み立て部３００の構成を示す平面図および透視切欠図を示し、該組み立て部３００は、第１のＡＳＩＣ１１０、第２のＡＳＩＣ１２０および電気活性セル１４０を含む。組み立て部３００は、球面レンズなどの埋め込み可能な光学部材に埋め込まれ、または装着されてもよく、図１に示される埋め込み可能な眼科デバイス１００を形成する。組み立て部３００は、組み立て部３００の光軸の中心にある、固定開口３０１の周囲に配置される液晶材料などの電気活性材料３０２を含む。固定開口３０１は、電気活性素子１３０によって提供される開口直径範囲（および焦点深度範囲）の限界を規定する。第１のＡＳＩＣ１１０および第２のＡＳＩＣ１２０のためのパッドは電気活性素子１４０の両側に配置され、および以下に記載される基板の間に挟まれる。ＡＳＩＣパッドには、図２Ａを参照して記載された部品を含む多様な電子部品が装着されてもよい。ＡＳＩＣ１１０、１２０は基板の間に配置されるさまざまなＳＰＩ層でお互いに通信し、およびバッテリー接触線１３１を介してバッテリー１３０から電力の供給を受ける。
【００２９】
電気活性材料３０２は、上部ガラスまたはプラスチック基板３０４および下部ガラスまたはプラスチック基板３３０で囲まれた空洞の中に含まれる。上部基板３０４は、第１の金属層３０６、第１のＳＰＩ層３０８、第１のインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）層３１０、第２のＳＰＩ層３１２、第１のＳｉＯｘ層３１４、第３のＳＰＩ層３１６、第２の金属層３１８および約６０μｍ厚の外部ガラス基板３２０でコートされている。同様に、下部基板３３０は、第３の金属層３３２、第４のＳＰＩ層３３４および第２のＩＴＯ層３３６でコートされている。バッテリー接触線１３１は、第２のＩＴＯ層３３６と第２のＳｉＯｘ層３３８との間で挟まれ、別の外部基板３４０に隣接して配置される。
【００３０】
電気活性材料３０２の両側のＳＰＩ、金属、ＩＴＯおよびＳｉＯｘ層の厚みはそれぞれ約１０〜１５μｍであって、各基板の厚さは約６０μｍである。組み立て部３００の全体幅は約２．２０ｍｍであって、長さは約５．８０ｍｍである。ＡＳＩＣ１１０、ＡＳＩＣ１２０のそれぞれの領域面積は約３．５ｍｍ２未満である。一般に、各ＡＳＩＣ１１０、ＡＳＩＣ１２０の領域は約２ｍｍｘ２ｍｍ以下であり、たとえば、約１．７５ｍｍｘ１．７５ｍｍである。ＡＳＩＣ１１０およびＡＳＩＣ１２０のサイズは異なってもよく、たとえば、第１のＡＳＩＣ１１０は約３．１５ｍｍ２であってもよく、その一方で第２のＡＳＩＣ１２０は約２．７５ｍｍ２であってもよい。
【００３１】
組み立て部３００は、眼球内レンズ（ＩＯＬ）、眼球内目（ＩＯＯ）、角膜インレー、角膜オンレー（ｏｎｌａｙ）または他の埋め込み可能な眼科デバイスに埋め込まれ、または装着できる。図１のデバイス１００など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、カプセル嚢（ｃａｐｓｕｌａｒ  ｓａｃ）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。埋め込まれる場合には、第１のＡＳＩＣ１１０および第２のＡＳＩＣ１２０は患者の視線の外側に配置され、たとえば、触覚／光学部材接合部の近くに配置される。
【００３２】
埋め込み可能な眼科デバイスがＩＯＬである場合には、ＩＯＬは、湾曲した表面および／または屈折率分布プロファイルによって提供される少なくとも一つの静的屈折力を有する。該ＩＯＬは、動的開口として機能する電気活性素子も含み、電気活性素子が駆動されると、その全体を参照によって本明細書に援用するＢｌｕｍ  ｅｔ  ａｌの米国特許第７，９２６，９４０号に記載されているように、患者の焦点深度を変更する。または、埋め込み可能な眼科デバイスはＩＯＯであってもよく、その屈折力は皆無かそれに近いが、焦点深度を増加させる動的開口部も含む。動的開口部を備えるいくつかの例示のデバイスでは、開口部を開閉することで、眼科レンズの固定屈折力と静的矯正屈折力の間で、焦点に連続性がある範囲を提供する。
【００３３】
例示の眼科デバイスに使用されるための電源
上述のように、第１のＡＳＩＣ１１０および第２のＡＳＩＣ１２０は電源供給部から電力を引き込むことができ、該電源供給部はＥｘｃｅｌｌａｔｒｏｎ、ＷｙｏｎまたはＦｒｏｎｔ  Ｅｄｇｅによって製造されたものと同様の太陽電池、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。図１では、たとえば、第１のＡＳＩＣ１１０および第２のＡＳＩＣ１２０に結合する再充電可能バッテリー１３０は、ＡＳＩＣ１１０およびＡＳＩＣ１２０並びに電気活性素子１４０に電力を供給する。薄膜再充電可能バッテリーは、埋め込み可能な眼科デバイスでの使用に特に非常によく適合しており、薄膜再充電可能バッテリーは４５，０００回を越えて再充電することができ、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、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、遠隔でコントローラに送信された信号によって他のバッテリーへ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。
【００３４】
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に位置させる。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。
【００３５】
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ＡＳＩＣに動作可能に接続する。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。
【００３６】
例示の眼科デバイスの再充電可能バッテリー
図８は、図１のデバイス１００を含む、本明細書に開示された眼科デバイスに使用することに適切な代替の第１のＡＳＩＣ２１０、代替の第２のＡＳＩＣ２２０および代替の電源供給部２３０を示す。第１のＡＳＩＣ２１０は、電気活性素子（図示せず）のための駆動情報を記憶するメモリ２１２、ロジック２１３、デジタル制御部分のための低損失電圧レギュレータおよび他の周辺機能のための部品２１５を含む。第２のＡＳＩＣ２２０は、制御ロジック２２２（たとえば、ＰＬＣ）および揮発性メモリ２２４を含む。
【００３７】
第１のＡＳＩＣ２１０は、２つの別々の再充電可能バッテリー２３２および２３４を含む電源供給部２３０を監視、および充電するための部品も含む。バッテリーレベルモニター２１６は、図９により詳細に示されるように、電源供給部２３０の各バッテリー２３２、２３４の充電状態を監視する。図９に示すように、バッテリーレベルモニター２１６は、横流を低減するためのキャパシタ分割器を含む。
【００３８】
バッテリーレベルモニター２１６がバッテリー２３２、２３４が未充電であることを検出すると、図１０により詳細に示されるように、バッテリー充電器２１４を始動させる。たとえば、バッテリー電圧が所定の値、たとえば、約１．２Ｖ以下になると、バッテリーレベルモニター２１６はバッテリー充電器２１４を始動させる。一旦活性化されると、ｒｆ電界によって電磁的に電力が与えられるバッテリー充電器２１４は、図１６に示されるプロットにしたがってバッテリーを充電する。一旦バッテリー充電器２１４が活性化されると、一定電流で未充電バッテリーを充電する第１の段階に入る。一定電流は、必要であれば所定の範囲（たとえば、約１２０μＡから約１６０μＡ）内で調整できる。未充電バッテリーが所定の充電終了電圧に一旦到達すると、バッテリー充電器２１４は、固定電圧、たとえば、約４．１Ｖから約４．２Ｖで、所定の時間バッテリー１３０を充電する第２の段階に入る。所定の充電終了電圧はプログラム可能で、約１．６Ｖから約１．８Ｖであってもよい。一旦所定の時間が経過すると、バッテリー充電器２１４は、現在充電されているバッテリーが過充電されることを防ぐために充電を停止する。
【００３９】
図１１に示されるように、バッテリー充電器２１４は、整流回路２１１を介してバッテリー充電器に電流を供給するｒｆアンテナ２６０を介して、誘導的に電力を受電できる。アンテナ２６０は、１つまたは複数の調節ブロック２６１を含み、それぞれは、スイッチ２６２および負荷キャパシタ２６８の両方に直列に結合される同調キャパシタ２６０を含み、スイッチ２６２および負荷キャパシタ２６８は並列である。スイッチ２６２を閉じることによって同調キャパシタ２６０を負荷２６６に接続し、インピーダンスを大きくすることでより大きい電力を外部電源供給部から整流回路２１１に供給する。調節ブロックは、望ましいように電力を最適化するために活性化または非活性化できる。一旦ｒｆアンテナ２６０が適切に設定されると、磁界によってデバイスおよび整流回路に電流の流れが誘起されて図１２に示されるように、バッテリー２３２、２３４を充電するためにＤＣ電圧を生成する。図１３に示すように、（バッテリーと接触する）電源ラインは、寄生誘導ループを形成させないために、デバイスの同一側面に沿わせる。誘導充電に関してさらに詳しくは、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号を参照のこと。
【００４０】
例示の高電圧および低電圧ＡＳＩＣの動作状態
第１のＡＳＩＣおよび第２のＡＳＩＣは、異なるデバイス状態に対応する４つの主な電源状態を有することができ、そのすべてが以下の表１に示される。システムがオフ状態の場合には、低電圧ＡＳＩＣは電源が供給されないアイドルモードであり、高電圧ＡＳＩＣはスリープ（シャットダウン）状態である。通常の動作状態では、たとえば、ユーザが日常生活をする場合には、システムは自立的な治療機能モードで動作し、調節性応答を検出すると、自動的に眼球の調節運動を実施する。デバイスが自立的な治療機能モードで動作する場合には、第２のＡＳＩＣは動作モードに切り替わり、および、第１のＡＳＩＣはアイドルモードを維持する。患者に自立的な治療機能を提供するとともに、デバイスは充電もでき、および／または、外部読み取り器と無線通信を行う。充電および自立的な治療機能を提供する場合には、第１のＡＳＩＣは外部から（すなわち、誘導的に）電源が供給される状態に切り替わり、および第２のＡＳＩＣはその動作モードを維持する。自立的な治療機能を提供せずにデバイスは充電もでき、および／または、無線通信できる、この場合には第２のＡＳＩＣは、消費電力を最小化するように停止する。それぞれの場合に、チップ間データインターフェースを介して「割り込み」信号（ｓｐｉ  ｖｄｄ）を第２のＡＳＩＣに送信することによって、第１のＡＳＩＣは第２のＡＳＩＣの状態を変更できる。第２のＡＳＩＣが電源オフ状態にある場合には、第１のＡＳＩＣは第２のＡＳＩを電源オン状態とさせ、および、チップ間データインターフェースを命令受信状態に設定できる。
表１：ＡＳＩＣ電力供給状態
【表１】
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【００４１】
図１４は、例示の第１の（低電圧）ＡＳＩＣと例示の第２の（高電圧）ＡＳＩＣとの間での制御ロジックの相互動作を示す状態図である。
ｒｆキャリア信号を眼科デバイスのｒｆフロントエンド共振回路に適用して、第１のＡＳＩＣをアイドル状態から動作状態へ移行できる。たとえば、眼科デバイスを駆動、または、新しいデータで眼科デバイスを更新するために、患者は遠隔制御を使用する。または、患者は充電ユニットで眼科デバイスを充電できる。
【００４２】
ｒｆフロントエンド共振回路がｒｆキャリア信号を検出すると、ｒｆフロントエンド共振回路は、第１のＡＳＩＣの制御論理部分ブロックに信号を送信する。ＲＦ電界が適用される開始時には、制御論理部分ブロックは、ｒｆ電界が通信および／またはバッテリー充電（両方の場合あり）のために適用されているか否かを認識できないかもしれない。論理部分ブロックはｒｆ信号を検査し、通信モードまたはバッテリー充電モードに入ることを決定する。同時に、ローカルメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）起動シーケンスが開始され、第１のＡＳＩＣに要求される関連する制御ビットをローカルデータラッチに伝送する。これらのビットには、ｒｆ同調のための調節ビットまたはバッテリー充電のための制御ビットが含まれる。
【００４３】
論理部分ブロックが通信モードに入るべきことを決定すると、遠隔制御でデータ通信を開始し、遠隔制御による命令を処理し、および、ローカルメモリからの情報を記憶／読み出す。論理部分ブロックが充電モードに入るべきことを決定すると、一定電流充電を開始し、次に、バッテリーが一旦所定の上記の充電レベルに到達すると、一定電圧充電に切り替える。一旦通信または充電が終了すると、患者は遠隔制御または充電ユニットから離れ、第１のＡＳＩＣはアイドル状態に戻る。
【００４４】
電気活性素子の例
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；若しくは、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。
【００４５】
電気活性素子は、球面レンズなどの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、すなわち一体としては形成されない。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。
【００４６】
図１５は、電気活性素子６００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。
【００４７】
電気接地を提供する、連続性が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の領域であり、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。
【００４８】
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６００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。
【００４９】
眼科デバイスに使用されるセンサーの例
上記のような、例示の眼科デバイスは、ユーザが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のセンサーを含むことができる。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。
【００５０】
例示のセンサーは、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かを（すなわちベストフォーカスを提供する）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。
【００５１】
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ガ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。
【００５２】
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場合など、近距離で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，．の米国特許第７，９２６，９４０号を参照すること。
【００５３】
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の立体映像を得るために、内方向を見ることによって物体面での両眼融合が可能になる）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。
【００５４】
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、並びに、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７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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