(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒトまたは動物の体内に埋め込まれる医療用インプラント装置のためのマイクロエレクトロニクス素子（１）であって、
前記医療用インプラント装置において、機能を実行する特定用途マイクロエレクトロニクスを含む機能ユニット（２）と、
ＡＣ供給電圧をＤＣ電圧に変換するように適応される整流手段（３）と
を備え、
前記整流手段（３）によって提供される前記ＤＣ電圧または前記ＤＣ電圧から取り出される動作電圧が、前記機能ユニット（２）へ供給され、
該機能ユニット（２）および前記整流手段（３）が、共通半導体基板（４）上に集積され、
前記共通半導体基板（４）における前記機能ユニットおよび前記整流手段の配列が腐食抑止手段を形成し、
前記機能ユニット（２）が、入射光を検出するように適応される光検出器からなり、これによって光受信素子として機能するように適応されるマイクロエレクトロニクス素子（１）。
【請求項２】
前記共通半導体基板（４）上に集積され、前記機能ユニット（２）の端子に接続されたキャパシタ（８）を更に備える請求項１に記載のマイクロエレクトロニクス素子（１）。
【請求項３】
前記共通半導体基板（４）上に集積され、前記機能ユニット（２）から出力される信号、または該信号から取り出される信号を増幅するように適応される増幅器（１７）を更に備える請求項１または請求項２に記載のマイクロエレクトロニクス素子（１）。
【請求項４】
前記光検出器（２）が、変調された光信号を対応する検出信号に変換するように適応される請求項１から請求項３のいずれかに記載のマイクロエレクトロニクス素子（１）。
【請求項５】
前記光検出器（２）が、赤外線光信号を受信および検出するように適応される請求項１から請求項４のいずれかに記載のマイクロエレクトロニクス素子（１）。
【請求項６】
前記光検出器（２）が、光ダイオードである請求項１から請求項５のいずれかに記載のマイクロエレクトロニクス素子（１）。
【請求項７】
前記共通半導体基板（４）上に集積され、周辺光の強度を決定するように適応される周辺光制御回路（１６）を更に備える請求項１から請求項６のいずれかに記載のマイクロエレクトロニクス素子（１）。
【請求項８】
前記周辺光制御回路（１６）が、前記決定された周辺光の強度に依存して前記光検出器の動作を制御するように適応される請求項７に記載のマイクロエレクトロニクス素子（１）。
【請求項９】
前記周辺光制御回路（１６）が、前記検出信号または該検出信号から取り出される信号の振幅に依存して前記増幅器の利得を制御するように適応される自動利得制御を備える請求項３に従属する請求項８に記載のマイクロエレクトロニクス素子（１）。
【請求項１０】
前記周辺光制御回路（１６）は、前記周辺光の強度が所定の閾値よりも大きい場合に、前記検出信号または該検出信号から取り出された信号の増幅を活性化するように適応される請求項９に記載のマイクロエレクトロニクス素子（１）。
【請求項１１】
前記腐食抑止手段は、水性環境での電解腐食を抑制する請求項１から請求項１０のいずれかに記載のマイクロエレクトロニクス素子（１）。
【請求項１２】
ヒトまたは動物の体内に埋め込まれる医療用インプラント装置であって、
請求項１から請求項１１のいずれかに記載のマイクロエレクトロニクス素子（１）を備える網膜インプラントである医療用インプラント装置。
【請求項１３】
前記マイクロエレクトロニクス素子（１）が、変調された光信号を受信および検出するように適応される請求項１２に記載の医療用インプラント装置。
【請求項１４】
前記マイクロエレクトロニクス素子（１）が、イメージ情報を保有する変調された光信号を受信し、該変調された光信号を対応する検出信号に変換するように適応され、かつ／または前記マイクロエレクトロニクス素子（１）が、変調された赤外線信号を受信および検出するように適応される請求項１３に記載の医療用インプラント装置。
【請求項１５】
網膜の上に位置し、網膜組織の神経節と電気的に接触するように適応されたマイクロ接点のアレイ、および／または
該マイクロ接点の該アレイのため、イメージ情報を対応する刺激インパルスに変換するように適応される網膜刺激チップ、および／または
高周波信号を受信し、ＡＣ供給電圧を前記マイクロエレクトロニクス素子（１）および前記網膜刺激チップへ供給するように適応される高周波受信コイル
を更に備える、請求項１３または請求項１４に記載の医療用インプラント装置。
【請求項１６】
前記光検出器（２）が、検出信号を前記網膜刺激チップへ供給するように適応され、かつ／または、
眼球の内側に位置する眼球内インプラント（４５）および前記眼球の外側表面に位置する眼球外インプラント（４４、４７）を備え、
該眼球内インプラントおよび該眼球外インプラントが、ワイヤ接続によって接続されている、請求項１３から請求項１５のいずれかに記載の医療用インプラント装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療用インプラント装置（ｍｅｄｉｃａｌ  ｉｍｐｌａｎｔ  ｄｅｖｉｃｅ）、更に具体的には、医療用インプラント装置の中に組み込まれる、例えばマイクロチップなどのマイクロエレクトロニクス素子に関する。
【０００２】
本発明の特に好ましい適用において、医療用インプラント装置が、網膜インプラント（ｒｅｔｉｎａｌ  ｉｍｐｌａｎｔ）を備え、マイクロエレクトロニクス素子が、網膜インプラントのための光受信素子の形であってよい。しかしながら、本発明は、この特定の適用に限定されず、マイクロエレクトロニクス部品が使用される様々な医療用インプラントの適用で採用されてもよいことが理解されるであろう。このような適用は、例えば、ペースメーカ、蝸牛インプラント（ｃｏｃｈｌｅａ  ｉｍｐｌａｎｔ）および補聴器、神経インプラント（ｎｅｕｒａｌ  ｉｍｐｌａｎｔ）、並びに他のインプラント装置を含む。
【背景技術】
【０００３】
マイクロエレクトロニクス部品が医療用インプラント装置に採用されるとき、重要な考慮すべき事柄は、ヒトおよび動物の体内に通常ある水性環境の悪影響からマイクロエレクトロニクス部品を保護することである。具体的には、そのような医療用インプラント装置がほぼ常にさらされている、ヒトまたは動物の水分または体液が、典型的には電解導体であり、マイクロエレクトロニクス部品に対して潜在的に腐食環境を作り出す。特には、これらの部品が、バッテリー電源または変換された交流（ＡＣ）電源（ａ  ｃｏｎｖｅｒｔｅｄ  ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ  ｃｕｒｒｅｎｔ  ｐｏｗｅｒ  ｓｕｐｐｌｙ）を介して直流（ＤＣ）電圧を供給されるときである。マイクロエレクトロニクス部品が、腐食の影響にさらされるとき、医療用インプラント装置の効果は危険にさらされ、装置の性能の低下または装置の完全な故障を引き起こす。例えば、光受信素子が、水溶液または他の液体にさらされる環境で使用されるとき、受信素子の適切な機能は、電食によって損なわれる。
【０００４】
この問題への典型的な解決法は、マイクロエレクトロニクスおよび他の高感度の部品を囲い込む（ｅｎｃｌｏｓｅ）か、ケースに収納して、水分に対して不浸透性にすることである。例えば、高感度の部品または医療用インプラント装置の全体が、例えば、密封部材（ｅｎｃｌｏｓｕｒｅ）または被覆層（ｃｏａｔｉｎｇ  ｌａｙｅｒ）、例えば、重合体被覆（ｐｏｌｙｍｅｒ  ｃｏａｔｉｎｇ）によって体の水性環境から気密密閉される。シリコーン重合体は、その高い生体適合性（ｂｉｏ‐ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ）のために、本願明細書において特に好ましい。しかしながら、そのような被覆層は、製造工程を複雑にするだけでなく、依然としてマイクロエレクトロニクス部品と外部部品との電気接触を維持する必要があるという問題を有する。このため、しばしば、保護密封部材（ｔｈｅ  ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ  ｅｎｃｌｏｓｕｒｅ）または被覆層を通る物理的接続の提供が必要となり、これによって保護密封部材または層の中に裂け目が作り出される。さらに、例えば、重合体被覆層を用いて幾つかの部品またはインプラント装置の全体を密封することは、腐食環境からの有効な保護をもたらすことができるが、一方では水分の不浸透性要件と、他方ではインプラント装置の柔軟性との間で、対立が生じ、特に、網膜インプラントの分野において対立が生じる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
それ故に、本発明の目的は、高感度なマイクロエレクトロニクス部品が、ヒトまたは動物の体の水性環境から十分に保護され、前述した欠点または制限の全てを有しない、医療用インプラント装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、請求項１で規定されるような医療用インプラント装置用マイクロエレクトロニクス素子を提供する。好ましくは、本発明は、光受信素子として具体化される。更に、本発明は、請求項１２で規定されるような医療用インプラント装置、例えば、網膜インプラントを提供する。本発明の好ましい特徴は従属項に記載される。
【０００７】
それ故に、１つの広い態様において、本発明は、ヒトまたは動物の体内に埋め込まれる医療用インプラント装置用マイクロエレクトロニクス素子、例えば、マイクロチップを提供する。このマイクロエレクトロニクス素子は、医療用インプラント装置において、機能を実行する特定用途マイクロエレクトロニクスを含む機能ユニット、および交流（ＡＣ）供給電圧を直流（ＤＣ）電圧に変換するように適応される整流手段を備える。整流手段によって提供されるＤＣ電圧、またはＤＣ電圧から取り出される動作電圧は、機能ユニットへ供給されるように構成される。機能ユニットおよび整流手段は、共通半導体基板上に集積され、マイクロエレクトロニクス素子は外部ＤＣ電圧供給を必要としない。言い換えれば、本発明のマイクロエレクトロニクス素子が、ＤＣ信号の印加を回避する、またはＤＣ信号の印加から隔離されるように構成される。例えば、ヒトまたは動物の体内の水性環境とのインタフェースを形成するマイクロエレクトロニクス素子（即ち、マイクロチップ）の外側領域では、ＤＣ信号は存在しない。
【０００８】
こうして、本発明は、マイクロエレクトロニクス素子またはマイクロチップを、外部から印加される、または作用するＤＣ電圧の悪影響から隔離するように適応される腐食抑止手段を提供する。具体的には、本発明のマイクロエレクトロニクス素子またはマイクロチップの構成は、マイクロエレクトロニクス素子またはマイクロチップがＡＣ供給電圧のみにさらされる設計とし、望ましくは、本発明の素子またはマイクロチップのボディ‐インタフェース（ｂｏｄｙ‐ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）の外側での、ボディ‐インタフェースからの、および／またはボディ‐インタフェースでの直流電流の流れを排除する。その結果、これは、体内の水性環境の腐食作用に対して本質的に抵抗力を有するマイクロエレクトロニクス素子またはマイクロチップとなる。詳細には、本発明のマイクロエレクトロニクス素子またはマイクロチップに対してＡＣ供給電圧を外部から印加することは、電圧供給の常時の（および頻繁な）交番極性の理由から、ＤＣ電圧供給の場合に経験されるような腐食作用を生じない。外部から印加される、または作用するＤＣ電圧からマイクロエレクトロニクス素子を隔離するような整流手段と、機能ユニットの特定用途マイクロエレクトロニクスとを１つの共通半導体基板、例えば、マイクロチップ上に集積することで、マイクロエレクトロニクス素子の中に腐食抑止手段を形成する。依然として、このような素子と共に重合体被覆層を採用することが望まれるかもしれないが、被覆層の厚さを薄くし、柔軟性を高くすれば、一層実用的になる。
【０００９】
本発明の好ましい形態において、マイクロエレクトロニクス素子が、共通基板上に集積され、かつ、前記機能ユニットの端子に接続されたキャパシタを更に備え、キャパシタが機能ユニットからの信号出力の交番成分を減結合するように適応される。具体的には、マイクロエレクトロニクス素子またはマイクロチップからの（例えば、出力ピンにおける）信号出力のみが交番成分を有することを確実とするように、減結合キャパシタが配列される。このキャパシタ配列が、それ故に、マイクロエレクトロニクス素子またはマイクロチップの外側での（即ち、体の水性環境とのインタフェースでの）外部ＤＣ信号の直接作用を排除するために役立つ。即ち、前記キャパシタ配列が、本発明のマイクロエレクトロニクス素子またはマイクロチップの、外部ＤＣ信号への直接露出を回避するために役立つ。
【００１０】
本発明の好ましい形態において、マイクロエレクトロニクス素子が、機能ユニットから出力される信号、またはこの信号から取り出される信号を増幅するように適応される増幅器を更に備える。
【００１１】
本発明の１つの具体的な形態において、機能ユニットの特定用途マイクロエレクトロニクスが、プロセッサ、例えば、データ処理装置を備える。
【００１２】
しかしながら、本発明のより好ましい形態において、機能ユニットが、入射光を検出するように適応される光検出器から成る、または前記光検出器を備え、マイクロエレクトロニクス素子が光受信素子として具体化され得る。光検出器が、例えば、変調された光信号を対応する検出信号へ変換するように適応される。これに関連して、光検出器が、光信号、更に好ましくは、赤外線光信号を受信および検出するように適応される。光検出器が、例えば、光ダイオードの形であってよい。
【００１３】
それ故に、特に好ましい実施形態において、本発明は光受信素子を提供する。この光受信素子が、入射光を検出するように適応される光検出器と、ＡＣ供給電圧をＤＣ電圧に変換するように適応される整流器とを備える。整流器からのＤＣ電圧、またはＤＣ電圧から取り出される動作電圧が光検出器へ供給され、整流器および光検出器が１つの共通半導体基板上に集積される。
【００１４】
整流器および光ダイオードを１つの共通基板上に集積することによって、光受信素子がＤＣ電圧の代わりにＡＣ電圧で作動されるように適応される。これまで使用された光ダイオードは、典型的には、ＤＣ電圧供給を必要とした。これは、しばしば、水性環境にさらされる金属素子の電解腐食をもたらした。本発明の実施形態による光受信素子において、ＤＣ電圧供給はＡＣ電圧供給によって置換される。こうして、整流器によって生成されるＤＣ電圧が、光受信素子の外部にある媒質と直接接触することはない。ＡＣ供給電圧に関して、電解腐食に関連する問題は、供給線の極性は高周波で変化するため、重度が低くなる。それ故に、ＡＣ電圧を供給電圧として採用することによって、電解腐食に起因する損傷を著しく低減できる、または完全に回避できる。こうして、本発明は、電解腐食が生じる可能性のある環境での光データ伝送の使用を支援する。
【００１５】
好ましくは、赤外線スペクトルでの変調された光を介する光データ伝送は、多数の利点を提供する。光データ伝送は、干渉に対する抵抗性によって特徴づけられる。送信および受信素子の設計は、比較的容易である。更に、光受信素子によって消費されるエネルギ量は非常に低く、光受信素子を収容するために必要な区域は比較的小さい。
【００１６】
他の広い態様において、本発明は、ヒトまたは動物の体内に埋め込まれる医療用インプラント装置用のマイクロエレクトロニクス素子、例えば、マイクロチップを提供する。このマイクロエレクトロニクス素子が、医療用インプラント装置において、機能を実行する特定用途マイクロエレクトロニクスを含む機能ユニット、ＡＣ供給電圧をＤＣ電圧に変換するように適応される整流手段、および水性環境でマイクロエレクトロニクス素子の電解腐食を抑制する腐食抑止手段を備える。整流手段によって提供されるＤＣ電圧、またはＤＣ電圧から取り出される動作電圧が、機能ユニットへ供給されるように構成される。腐食抑止手段が回路構成を備え、この回路構成において、機能ユニットおよび整流手段が共通半導体基板上に集積され、マイクロエレクトロニクス素子が、この上に（直接）印加されているおよび／または（直接）作用している外部ＤＣ信号の存在を回避する。
【００１７】
このようにして、物理的な電気接続が本発明のマイクロエレクトロニクス素子またはマイクロチップの中の薄い被覆層を通って延びる場合でも、腐食抑止手段によって素子またはマイクロチップをＤＣ信号から隔離すると、腐食作用の所望の抑制を生じる。即ち、本発明のマイクロエレクトロニクス素子またはマイクロチップは、腐食水性環境において直流にさらされない。
【００１８】
本発明の実施形態による医療用インプラントは、上記で説明されたように、好ましくは、光受信素子の形のマイクロエレクトロニクス素子を備える。医療用インプラントが、望ましくは、網膜インプラントであり、光受信素子が、変調された光信号を受信および検出するように適応される。
【００１９】
本発明のマイクロエレクトロニクス素子が、全ての種類の体液にさらされる医療用インプラント装置での使用に特に適している。医療用インプラントの場合、インプラント装置の置換は、典型的には、外科手術を必要とするため、長期安定性が非常に重要である。本発明の実施形態によるマイクロエレクトロニクス素子を使用することによって、電食は著しく低減されるか完全に除去されるため、医療用インプラント装置の寿命は長くなる。今日まで一般的にＤＣ電圧を供給されてきたマイクロエレクトロニクス素子（例えば、光受信素子）にＡＣ供給電圧を使用することによって、医療用インプラント装置の長期安定性が改善される。
【００２０】
本発明の上記および更なる特徴並びに利点は、本発明の好ましい実施形態の下記の詳細な説明から添付図面を参照して一層明瞭になるであろう。添付図面において、同様の参照番号は同様の部品を示す。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明のコンセプト（ｃｏｎｃｅｐｔ）の一例を説明するマイクロエレクトロニクス素子を示す。
【図２】本発明の実施形態による光受信素子を示す。
【図３】本発明の実施形態による光受信素子のパッケージング（ｐａｃｋａｇｉｎｇ）を示す。
【図４】本発明の他の実施形態による光受信素子を示す。
【図５】本発明のコンセプトの他の例を説明するマイクロエレクトロニクス素子を示す。
【図６】本発明の実施形態による光受信素子を備える網膜インプラント装置を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
先ず図１を参照すると、本発明の一例を説明するマイクロチップ１の形のマイクロエレクトロニクス素子が示される。マイクロチップ１が、医療用インプラント装置において、ヒトまたは動物の体内へ埋め込まれるように設計され、医療用インプラント装置において、機能を実行する機能ユニット２の中の特定用途マイクロエレクトロニクス、およびＡＣ供給電圧をＤＣ電圧に変換するように適応される整流手段３を備える。この例において、整流手段３が、少なくとも１つのダイオードを備え、滑らかなＤＣ電圧を生成する１つまたは複数のフィルタキャパシタまたはバッファキャパシタを含む。しかしながら、整流手段３は、多様な異なる形態を取ってよく（例えば、ダイオードブリッジ形整流器、電圧調整整流器など）、能動整流回路または受動整流回路を備えてもよいことが理解されるであろう。
【００２３】
機能ユニット２および整流手段３の双方が、共通半導体基板４（例えば、シリコン、ゲルマニウム、または他の適切な材料から形成される）上に集積され、整流手段３および関連回路の配列が、腐食抑止手段を形成するように構成され、マイクロエレクトロニクス素子、即ち、マイクロチップ１が、腐食抑止手段によって、外部から印加される、または動作するＤＣ信号またはＤＣ供給電圧を回避する。言い換えれば、マイクロチップ１が、電圧供給ピン５および６に印加されるＡＣ電圧供給ＵＡＣによって駆動されるように適応される。ＡＣ電圧の周波数は、好ましくは、約１００ｋＨｚから１００ＭＨｚの範囲にある。整流手段３が、電圧供給ピン５および６に印加されるＡＣ電圧供給ＵＡＣをＤＣ電圧ＵＤＣに変換するように適応され、このＤＣ電圧が、次いで機能ユニット２の特定用途マイクロエレクトロニクスに対する供給電圧、即ち、機能ユニット２の１つまたは複数の入力端子における供給電圧を形成する。マイクロチップ１が、機能ユニット２の出力端子９に接続されたキャパシタ８を更に備える。キャパシタ８が、機能ユニット２からの出力信号１０を減結合するように適応され、マイクロチップ１の出力ピン１１における出力信号１０が、機能ユニット２によって生成または機能ユニット２から出力される信号の交番成分を備える。キャパシタ１２およびインダクタ１３を備える同調配列が、任意的に、供給ピン５、６の間のＡＣ電圧供給回路の中に設けられる。図示されてはいないが、同調キャパシタ１２および／またはインダクタ１３も、共通半導体基板４上に集積され得ることが理解されるであろう。
【００２４】
ここで図２を参照すると、本発明による光受信素子１として具体化されたマイクロエレクトロニクス素子が示される。この実施形態は、基本的に図１の例に対応し、光受信素子１が機能ユニット２を備え、機能ユニット２が、今度は、光ダイオードを備える光検出器の形態をしている。光受信素子１が整流器３を更に備え、光ダイオード２および整流器３の双方が共通半導体基板４上に集積される。先と同様に、整流器は多様な異なる形態を有してよく（例えば、ダイオードブリッジ形整流器、電圧調整整流器など）、能動整流回路または受動整流回路を備えてもよい。更に、半導体材料として、シリコン、ゲルマニウム、または他の適切な材料が再び使用されてもよい。しかしながら、この場合、半導体材料の適切な選択は、通常、光ダイオード２によって検出される光の波長の所望の範囲に依存するであろう。１．１マイクロメートルまでの波長の場合、例えば、シリコンが普通は適切な物質であり、１．８マイクロメートルまでの波長の場合、ゲルマニウムが使用され得る。
【００２５】
光受信素子１が、ＡＣ電圧ＵＡＣによって駆動される。好ましくは、ＡＣ電圧の周波数は１００ｋＨｚから１００ＭＨｚの間にある。ＡＣ電圧ＵＡＣは電圧供給ピン５および６に印加される。整流器３が、ＡＣ電圧をＤＣ電圧ＵＤＣに変換するように適応される。整流器３が、１つまたは複数のダイオードで構成され、滑らかなＤＣ電圧ＵＤＣを生成する１つまたは複数のフィルタキャパシタまたはバッファキャパシタを備えてよい。このＤＣ電圧が、次いで光ダイオード２に対する供給電圧を形成する。光ダイオード２が、逆方向バイアスでの、いわゆる「光伝導モード」で使用される。光伝導モードで作動される光ダイオードが、光起電力効果に基づく光ダイオードよりも光に敏感であり、低いキャパシタンスを有する傾向があり、これは光ダイオードの時間応答速度を改善する。逆方向バイアスの更なる効果は、空乏層の広がりおよび光電流の強化である。
【００２６】
変調された光７のビームが光ダイオード２の上に入射するとき、光電流が生成される。この光電流が、変調された光７の変調によって交番する。本発明のこの実施形態における光受信素子１が、光ダイオード２の端子９に接続されたキャパシタ８を更に備え、キャパシタ８が、光ダイオード回路からの出力信号１０を非結合または減結合するように適応される。出力信号１０が、受信された信号の交番成分のみを備える。変調された光７の変調が、例えば、出力信号１０が一定成分を備えないように、または無視され得る一定成分のみを備えないように選択され得る。出力信号１０が、光受信素子１の出力ピン１１へ供給される。
【００２７】
図３は、光受信素子１の外部設計を概略的に示す。この点に関して、光受信素子１が、感光性領域（ｐｈｏｔｏｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  ａｒｅａ）１５を備える。感光性領域１５は、光が検出されるように透明な材料から作られている。好ましくは、電圧供給ピン５、６および出力ピン１１はパッケージされた素子１の裏面に置かれ、感光性領域１５と対向している。
【００２８】
図２および図３で示される光受信素子１が、電食が生じる可能性のある周囲で、光データ伝送を実現するために特に適している。光ダイオード２および整流器３を１つの共通基板４上に集積することによって、光受信素子１は、ＤＣ電圧の代わりにＡＣ電圧で作動されるように設計される。今日まで使用されてきた光ダイオードはＤＣ電圧供給を必要とし、これはしばしば体内の水性環境にさらされた金属素子の電解腐食をもたらした。しかしながら、本発明による光受信素子１において、ＤＣ電圧供給はＡＣ電圧供給で置換されるため、電解腐食から生じる損傷は著しく低減される、または完全に回避され得る。これにより、電解腐食がこれまで問題であった水性環境で、光データ伝送の使用が可能となる。
【００２９】
上で述べたように、変調された光、好ましくは、赤外線スペクトルを介する光データ伝送は、多くの利点を提供する。第１に、光データ伝送は、干渉に対する抵抗性によって特徴づけられる。更に、送信および受信素子の設計は比較的容易であり、光受信素子によって消費されるエネルギ量が非常に少ない。光受信素子を収容するために要求される区域も比較的小さい。
【００３０】
図４では、本発明による光受信素子１の他の実施形態が描かれている。この例において、光受信素子１が、先と同様に、光ダイオードを備えた光検出器の形状の機能ユニット２、これと組み合わされた整流器３、キャパシタ８、周辺光制御回路１６、および増幅器１７を備える。これらの部品の全てが、１つの共通半導体基板４上に集積される。それ故に、図２で示される実施形態と比較して、周辺光制御回路１６および増幅器１７が付け加えられている。
【００３１】
先と同様に、ＡＣ供給電圧ＵＡＣが２つの電圧供給ピン５、６に印加される。整流器３がＡＣ供給電圧ＵＡＣをＤＣ電圧ＵＤＣに変換するように適応され、次いでＵＤＣが、周辺光制御回路１６および増幅器１７の供給電圧を形成する、または供給電圧として使用される。周辺光制御回路１６が、周辺光の強度を決定する。周辺光の強度に依存して、周辺光制御回路１６が動作電圧を光ダイオード２へ供給し、これによって光ダイオード２の動作基点がそれぞれの最適条件へ設定される。変調された光７が光ダイオード２にあたるとき、変調された光電流が生成される。光電流の交番成分が、キャパシタ８によって非結合または減結合され、増幅器１７へ供給される。
【００３２】
周辺光制御回路１６は、自動利得制御を備え得る。自動利得制御が、変調された検出信号の振幅に依存して増幅器１７の利得を制御するように適応され、また利得制御信号１８を増幅器１７へ提供するように適応される。増幅器の入力信号が、利得制御信号１８によって増幅され、増幅器の出力信号が、光受信素子１の出力ピン１１へ提供される。本発明の好ましい実施形態によれば、変調された検出信号の増幅は、周辺光の強度が所定の閾値を超過すると、直ちに活性化される。更なる好ましい実施形態によれば、増幅器１６は対数特性を有する。
【００３３】
ここで図５を参照すると、本発明の他の例を説明するマイクロチップ１の形のマイクロエレクトロニクス素子が示される。マイクロチップ１が、先と同様に、医療用インプラント装置において、ヒトまたは動物の体内に埋め込まれるように設計され、同様に、医療用インプラント装置内で機能を実行する機能ユニット２の中の特定用途マイクロエレクトロニクス、およびＡＣ供給電圧をＤＣ電圧に変換するように適応される整流手段３を備える。既に述べたように、整流手段３が、少なくとも１つのダイオードを備え、滑らかなＤＣ電圧を生成する１つまたは複数のフィルタキャパシタまたはバッファキャパシタを含む。言い換えれば、整流手段３が、先と同様に、多様な異なる形態を取ってよく（例えば、ダイオードブリッジ形整流器、電圧調整整流器など）、能動整流回路または受動整流回路を備えてもよい。重要なこととして、機能ユニット２および整流手段３の双方が、先と同様に、共通半導体基板４上に集積される。整流手段３および関連回路の配列が、腐食抑止手段を形成するように構成され、マイクロエレクトロニクス素子、即ち、マイクロチップ１が、前記腐食抑止手段によって、外部から印加されるか作用するＤＣ信号またはＤＣ供給電圧を回避するか、これらから隔離される。
【００３４】
こうして、図５のマイクロチップ１が、電圧供給ピン５および６に印加されるＡＣ電圧供給ＵＡＣによって駆動されるように適応される。整流手段３が、電圧供給ピン５および６に印加されるＡＣ電圧供給ＵＡＣをＤＣ電圧ＵＤＣに変換するように適応され、次いでこのＤＣ電圧が、機能ユニット２の特定用途マイクロエレクトロニクスへ電圧を供給するために使用される。しかしながら、マイクロチップ１の入力インタフェース（図示されず）が、例えば、光データ転送に適応される図１から図４までの実施形態とは対照的に、現在の例のマイクロチップ１が、処理される信号１０を受け取る入力ピン１９を備える。この信号１０が、例えば、図１から図４までの実施形態の１つによれば、光受信素子１の出力信号である。入力端子１９から延びる入力線の中に示されるキャパシタ２０は任意的であり、信号１０をフィルタにかける、または同調するために含まれ得る。
【００３５】
それ故に、この場合、マイクロチップ１の機能ユニット２が、光受信素子からの出力信号１０を処理するように適応されるプロセッサを備え得る。こうして、網膜インプラント装置で採用される場合、この後でより詳細に説明されるように、図５のマイクロチップ１が、プロセッサユニット２の中で信号１０を処理し、次いでマイクロチップ１の複数の出力ピン１１を介して網膜インプラントの中の網膜刺激電極アレイの複数の電極へ刺激信号２１を送信するように適応される。
【００３６】
ここで図６を参照すると、患者の眼の中に埋め込まれる網膜インプラント装置が示される。角膜２９および眼レンズ３０（これは治療される患者の中に存在しても、存在しなくてもよい）を通過する光は網膜３１に衝突する。網膜３１は、眼球内部の大部分を占め、主として眼の背面または後壁の内面にある。眼球の外面は、強膜３２によって形成される。脈絡膜３３は、網膜３１と強膜３２との間に位置する。虹彩３４は、瞳孔のサイズによって眼の内部へ入る光の量を決定する。眼レンズ３０は、毛様筋３５によって固定されるか、外植されている。インプラント装置が、眼球内部３６および眼球外部３７を備える。眼球内部３６が、眼の内部に置かれ、眼球外部３７が、強膜３２の外面に固定されている。眼球内部３６および眼球外部３７が、ワイヤ接続３８によって電気的に接続されている。ワイヤ接続３８が、毛様筋３５の直後の位置で強膜３２を通過している。
【００３７】
網膜インプラント装置は、例えば、網膜色素変性症または黄斑変性症などの網膜変性疾患を患っている患者へ、或る程度の視覚認知を提供するように設計された視覚人工器官である。このため、装置が、患者によって装着される眼鏡４２を含み、眼鏡４２が、眼鏡フレーム３９と、または眼鏡フレーム３９上に一体化された小さいビデオカメラ４０を有する。ビデオカメラ４０によって獲得されたビデオ信号が処理され、イメージデータが、変調された赤外線光ビーム４１を介して網膜インプラント装置４３へ送信される。赤外線ビーム４１が、例えば、眼鏡４２上に、または眼鏡４２の近傍に位置する赤外線送信ＬＥＤ（図示されず）によって生成される。変調された赤外線ビーム４１は、眼のレンズ３０が存在していれば、レンズ３０を含む患者の眼を通過するが、眼のレンズ３０が存在していなければ、通常、レンズ３０によって占有されている空間を通過して、インプラント装置４３の中に組み込まれた本発明の光受信素子１にあたる。
【００３８】
本発明の実施形態によれば、図３から図５を参照して説明されたような光受信素子１の形のマイクロエレクトロニクス素子が採用され、ＡＣ供給電圧によって駆動される。網膜インプラントの場合、長期安定性が重要な課題である。それ故に、ワイヤ接続および電圧供給線の電解腐食を回避することが重要である。ＡＣ供給電圧を光受信素子１へ供給することによって、電解腐食が除去され得る、または少なくとも著しく低減され得る。
【００３９】
光受信素子１によって受け取られたイメージデータが、ワイヤ接続３８を介して網膜刺激チップ４４へ送られる。網膜刺激チップ４４が、イメージデータを一連の刺激パルスに変換するように動作する。好ましくは、網膜刺激チップ４４が、ディジタル信号処理チップとして実装され、本発明の実施形態を更に構成し得る。即ち、網膜刺激チップ４４が、図５を参照して上記で説明されたコンセプトを組み込んだマイクロチップを備える。図５では、機能ユニットがプロセッサ回路を備えている。刺激パルスが、ワイヤ接続３８を介して、眼球内部３６の上、即ち、網膜３１へ直接埋め込まれた網膜インプラント４３上に位置するマイクロ接点のアレイへ供給される。マイクロ接点は、網膜３１の神経節細胞を刺激するように適応される。
【００４０】
網膜インプラントを作動させるために要求される電力、具体的には、光受信素子１および／または網膜刺激チップ４４によって消費される電力は、高周波送信コイル４６によって提供され得る。高周波送信コイル４６は、網膜インプラントの眼球外部３７の上に位置する高周波受信コイル４７と誘導結合される。そのような高周波受信コイル４７によって提供されるＡＣ電圧は、こうして光受信素子１および網膜刺激チップ４４のいずれかまたは双方に電力を供給するように使用され得る。
【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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