JP2010517081A - フレキシブル電気活性レンズ - Google Patents

Abstract

【課題】フレキシブル電気活性レンズを提供する。
【解決手段】固定屈折率を有するフレキシブル屈折光学部品と、前記フレキシブル屈折光学部品内に埋め込まれた電気活性素子とを有し、前記電気活性素子は変更可能屈折率を有しており、また前記電気活性素子に電気的に接続されたコントローラーとを有し、それに電力が供給されたときに前記電気活性素子の屈折率が変更されるレンズ。

Description

発明者
ロナルド・Ｄ・ブルム（Ronald D. Blum）、ジョシュア・Ｎ・ハドック（Joshua N. Haddock）、ウィリア・ココナスキ（William Kokonaski）およびジョン・ハンケラー（John Hunkeler）
関連出願データ
本発明は、「先進動的電気活性眼内レンズ」と題する２００７年１月２２日に提出された米国仮出願６０／８８１，５１４号から優先権を請求し、また、２００６年５月４日に公表された米国公開２００６／００９５１２８Ａ１号と、２００４年１２月１７日に提出された米国仮出願６０／６３６，４９０号と、２００４年１１月２日に提出された米国仮出願６０／６２３，９４７号と、２００５年３月９日に提出された米国仮出願６０／６５９，４３１号と、２００５年４月８日に提出された米国仮出願６０／６６９，４０３号と、２００７年１０月５日に提出された米国仮出願６０／９６０，６０７号とに少なくとも関し、これらはすべて参照によってそのままここに組み込まれる。

発明の背景
眼内レンズ（ＩＯＬ）は、たとえば、白内障手術の患者への移植を通して、視覚機能の回復のために目の表面内に使用され得る。ＩＯＬは、単焦点または単一光学パワーを与える単焦点レンズと、多数の焦点または光学パワーを与える多焦点レンズと、レンズの焦点を調節する順応レンズとを含んでいる。

ＩＯＬは、目の３ｍｍ以下の小さい切り口を通して折りたたまれた状態で挿入され得る。除去された生来の水晶体を以前に収容していた包袋内へＩＯＬを供給し配置するのを支援するために、ピストンを有する注射器状装置が使用され得る。ひとたび目の中に入ると、ＩＯＬは、その生来の状態に広げられ得る。目の中にＩＯＬを挿入するための切り口サイズが２〜３ｍｍより大きいと、角膜の不所望な乱視の変化が生じる。したがって、眼科医は、目の中にＩＯＬを挿入するために可能な最小の切り口を使用することを好む。したがって、これはフレキシブルで折りたたみ可能なＩＯＬを実際に必需品にする。

角膜インレー、角膜オンレーおよび単視および二焦点コンタクトレンズもまた患者の視覚を修正するために使用される。多くの場合では、これらは患者の遠見および近見視力ニーズを修正するために着用される。これらのおのおのは非常に薄い光学部品で、目に供給されたときに曲率を必要とする。

現在、電気活性レンズ内の既知の電気活性素子はすべて、硬質物質で作られている。電気活性コンタクトレンズに関する本発明者のある以前の実施形態では、電気活性素子はフレキシブル外側ホスト物質内に収容される。しかしながら、電気活性素子は硬質であり、したがって、コンタクトレンズにいくらかの厚さを加え得る。

発明の概要
この発明の実施形態は、固定屈折率を有するフレキシブル屈折光学部品と、前記フレキシブル屈折光学部品内に埋め込まれた電気活性素子とを有し、前記電気活性素子は変更可能屈折率を有しており、また前記電気活性素子に電気的に接続されたコントローラーとを有し、それに電力が供給されたときに前記電気活性素子の屈折率が変更されるレンズを提供する。フレキシブル電気活性レンズは、眼内レンズ、眼内光学部品、眼鏡レンズ、コンタクトレンズ、角膜オンレー、角膜インレーおよび相互接眼レンズの一つ以上を含み得る。

図面の説明
本発明の特定の実施形態が次の図面に関連して説明される。
図１は、この発明の実施形態にしたがうフレキシブルハウジングと硬質電気活性素子とを有する折りたたまれた状態のフレキシブル電気活性レンズ２を示している。 図２Ａは、この発明の実施形態にしたがうフレキシブルハウジングとフレキシブル電気活性素子とを有する折りたたまれた状態のフレキシブル電気活性レンズ２を示している。 図２Ｂは、この発明の実施形態にしたがう硬質ハウジングとフレキシブル電気活性素子とを有する広げられた状態の電気活性レンズ２を示している。 図３Ａは、この発明の実施形態にしたがう表面浮き彫り回折パターンと液晶層とを有する広げられた状態のフレキシブル電気活性レンズ２の拡張図を示している。 図３Ｂは、この発明の実施形態にしたがう表面浮き彫り回折パターンと液晶層とを有する広げられた状態のフレキシブル電気活性レンズ２の崩壊図を示している。 図４Ａは、この発明の実施形態にしたがう複数の電気活性素子を有する折りたたまれた状態のフレキシブル電気活性レンズ２を示している。 図４Ｂは、この発明の実施形態にしたがう図４Ａの複数の電気活性素子を示している。 図５Ａは、この発明の実施形態にしたがう電気活性素子を有するフレキシブル電気活性レンズ２の正面図を示している。 図５Ｂは、この発明の実施形態にしたがう電気活性素子を有するフレキシブル電気活性レンズ２の正面図を示している。 図５Ｃは、この発明の実施形態にしたがう電気活性素子を有するフレキシブル電気活性レンズ２の正面図を示している。 図５Ｄは、この発明の実施形態にしたがう電気活性素子を有するフレキシブル電気活性レンズ２の正面図を示している。 図６は、目のエンサイクロロテーション（encyclorotation）を示している。 図７Ａは、この発明の実施形態にしたがう軸Ａを有するフレキシブル電気活性レンズ２の正面図を示している。 図７Ｂは、この発明の実施形態にしたがう軸Ａに沿ったフレキシブル電気活性レンズ２の断面図を示している。 図８Ａは、この発明の実施形態にしたがう異なるひとみサイズを有する目の中の電気活性レンズ２の配置を示している。 図８Ｂは、この発明の実施形態にしたがう異なるひとみサイズを有する目の中の電気活性レンズ２の配置を示している。 図８Ｃは、この発明の実施形態にしたがう異なるひとみサイズを有する目の中の電気活性レンズ２の配置を示している。

本発明の方法および装置は、特定の実施形態の次の詳細な説明およびそのような実施形態を例示する添付図面への参照によって一層よく理解されるであろう。

特定の実施形態の詳細な説明
図面によって例示される次の好適な実施形態はこの発明の例証であり、この出願の特許請求の範囲によって理解されるこの発明を限定することを意図されてはいない。

フレキシブル電気活性レンズ２が、本発明の異なる実施形態にしたがって図１、図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ、図３Ｂ、図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、図５Ｂ５図５Ｃ、図５Ｄ、図７Ａおよび図７Ｂに示される。電気活性レンズが説明されるが、この発明の実施形態は、たとえば、眼内レンズ、眼鏡レンズ、コンタクトレンズ、角膜オンレー、角膜インレーおよび相互接眼レンズを含む他のレンズとして使用され得る。

（たとえば図１、図２Ａ、図２Ｂ、図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、図５Ｄ、図７Ａおよび図７Ｂに関連して説明される）電気活性素子と、（たとえば図４Ａと図４Ｂに関連して説明される）液晶層と、当惑（pixilated）素子はすべて、電気制御によって変更され得る光学的特性を有する物質を説明するために使用され得る。ここに説明される変更可能特性は一般に屈折率と光学パワーを含むが、この発明の実施形態は、たとえばプリズムパワー、着色および不透明度などの他の変更可能特性を有する電気活性レンズ２を含み得る。物質の特性は、電気的および／または光学的に制御され得る。

「硬質」、「硬い」、「非フレキシブル」、「非弾性的」および／または「折りたたみ不可能」などの用語はすべて、所定のしきい値を超える力が供給されたときに構造的または形状的変化に抵抗するのに適合された物質または構造を説明するために使用され得る。「曲げ可能」、「柔軟」、「フレキシブル」、「弾性的」および／または「折りたたみ可能」などの用語はすべて、所定のしきい値を超える力が供給されたときに構造または形状を変化させるのに適合された物質または構造を説明するために使用され得る。「広げられた」、「広げられた状態」、「生来の」、「平らな」および／または「弛緩した」などの用語はすべて、（たとえば図２Ｂ、図３Ａ、図３Ｂ、図４Ｂ、図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、図５Ｄ、図７Ａおよび図７Ｂに示される）比較的高いエントロピー状態にある物質または構造を説明するために使用され得る。「折りたたまれた」、「折りたたまれた状態」、「湾曲された」および／または「曲げられた」などの用語はすべて、（たとえば図１、図２Ａおよび図４Ａに示される）比較的低いエントロピー状態にある物質または構造を説明するために使用され得る。

図１は、フレキシブルハウジング４とハウジングに埋め込まれた硬質電気活性素子とを有する折りたたまれた状態のフレキシブル電気活性レンズ２を示している。硬質電気活性素子６は、電気活性レンズが折りたたまれたときに一般に曲がらない。硬質素子は、それに収容された素子を、圧縮、物質の膨張または収縮による曲がり、または素子への内部または外部の他の力から保護し得る。硬質素子は硬質包みを含み得、電気活性物質などの弾性要素を有し得る。一般に、硬質素子は、電気活性レンズの周囲端から間隔を置いて配置され、それの折りたたみを可能にし得る。

図２Ａは、フレキシブルハウジング４とハウジングに埋め込まれたフレキシブル電気活性素子６とを有する折りたたまれた状態のフレキシブル電気活性レンズ２を示している。フレキシブル電気活性素子は、電気活性レンズが曲がるのを一般に妨げないので、電気活性素子は、折りたたみが一般に生じない電気活性レンズの周囲端にさらに向かって放射状に延びていてもよい。たとえば、電気活性レンズが折りたたまれるとき、フレキシブル電気活性素子は、折りたたまれたレンズの周囲曲がりに沿って湾曲し得る。フレキシブル電気活性レンズは、眼鏡レンズとしての使用のために硬質ハウジングに埋め込まれ得る。

図２Ｂは、硬質ハウジング４とハウジングに埋め込まれたフレキシブル電気活性素子６とを有する広げられた状態の電気活性レンズ２を示している。たとえば、素子は、それに収容された素子をある程度の内部および／または外部力から保護するためおよび／または電気活性レンズを広げられた状態へ偏らせるための最低限の硬質性であってもよい。電気活性素子は電気活性レンズほどフレキシブルでなくてもよい。

図１と図２Ａのフレキシブルハウジング４に関連して、また図２Ａと図２Ｂのフレキシブル電気活性素子６に関連して、電気活性レンズ２のフレキシブル素子のおのおのは、折りたたまれた状態と広げられた状態との間を移動するのに適合され得る。フレキシブルハウジングおよび／またはフレキシブル電気活性のおのおのは、たとえばポリスルホン、ポリエーテルイミドおよび／または他の熱可塑性物質などのフレキシブル物質で構成され得る。ポリスルホンは、（たとえば−１１０℃から＋１５０℃までの）広い温度範囲および（たとえば２から１３までの）ｐＨ範囲にわたり安定している透明誘電体ポリマーの種類である。ポリスルホンは、鉱酸、アルカリ、電解質、酸および塩基に対して高い耐性がある。ポリスルホンは、たとえば電気活性レンズがコンタクトレンズとして使用されるときにレンズ掃除のためにフレキシブルハウジングに供給され得る漂白剤などの酸化剤に対して高い耐性がある。

図１、図２Ａおよび図２Ｂを再び参照すると、ハウジングは光学パワーを有していてもよく、また有していなくてもよい。光学パワーありハウジングは固定光学パワーを有し得、（たとえば図３Ａと図３Ｂに示される）屈折または回折レンズであり得る。たとえば、光学パワーなしハウジングは光を集中させ得ない。

電気活性素子６は変更可能屈折率を有し得る。電気活性素子は、（たとえば図３Ａ、図３Ｂ、図５Ｃおよび図５Ｄに示される）電極間に配置され得、それらは電力を素子に供給するのに適合され得る。電気活性レンズ２は、（たとえば図３Ａ、図３Ｂ、図５Ｃおよび図５Ｄに示される）コントローラーを含み得、それは、たとえば電極を介して、電気活性素子に電気的に接続され得る。コントローラーは、電気活性素子に供給される電力を変調するために電極を電気的に駆動するのに適合され得る。電力が、たとえば所定のしきい値を超えて、素子に供給されるとき、それの屈折率が変更される。コントローラーは、駆動電子機器と、再充電可能電池などの電源と、電極を駆動するための他の素子とを含み得る。

図２Ａを再び参照すると、電気活性レンズ２は、フレキシブルハウジング４とハウジングに埋め込まれたフレキシブル電気活性素子６とを有するフレキシブル電気活性レンズであり得る。フレキシブルハウジングは固定光学パワーを有し得る。電気活性素子は、最小の光学パワーから最大の光学パワーまでの光学パワー範囲で変化するのに適合された光学パワーを有し得る。電極１０は、電気活性素子に電力を供給するためにそれに電気的に接続され得る。素子に電力が第一の所定のしきい値よりも低く供給されるとき、素子は最小の光学パワーを有し得る。素子に電力が第二の所定のしきい値を超えて供給されるとき、素子は最大の光学パワーを有し得る。固定光学パワーは最大の光学パワーよりも大きくてもよい。このように、固定光学パワーは、フレキシブル電気活性レンズの光学パワーの大部分を与え得る。

本発明では、フェールセーフ動作のため、（たとえば電極間に）電力が供給されないとき、電気活性素子によって与えられる光学パワーの損失は最小であり得る。たとえば、レンズ２は、たとえば遠くあるいは中間距離あるいは近距離のいずれかにおいて修正するのに適合されて、固定光学パワーを有する電界レンズとして機能し得る。

図１、図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａおよび図３Ｂを参照すると、ハウジング４は、電気活性素子を収容するための前膜および後膜を含み得る。たとえば、膜のおのおのは厚さ約１００ミクロンであり得、電気活性レンズは厚さ約５００ミクロン以下であり得る。図２Ａと図３Ｂを参照すると、電気活性レンズは、広げられた状態で、たとえば厚さ約２００ミクロン以下であり得る。広げられた電気活性レンズはたとえば幅約９ｍｍであり得、折りたたまれた電気活性レンズはたとえば幅約３ｍｍ以下であり得る。

角膜インレーとして使用されるとき、電気活性レンズの直径は角膜の直径を超えるべきでない。この発明のいくつかの実施形態では、ハウジングの外側表面は湾曲していて実質的に（角膜インレーで使用されるときには）角膜または（コンタクトレンズで使用されるときには）目の曲率と一致し得る。

図１は、二次元に折りたたまれた電気活性レンズ２の手段の例を含んでいる。折りたたまれた電気活性レンズの水平の寸法は２．８ｍｍ以下が好ましいが、他の寸法が使用されてもよい。

図４Ａと図４Ｂを参照すると、電気活性素子は、最小および最大の光学パワー間の追加光学パワーを与えるための多数の個々の活性化液晶層を含み得る。

図３Ａと図３Ｂは、この発明の別の実施形態にしたがう表面浮き彫り回折パターンと液晶層とを有する広げられた状態のフレキシブル電気活性レンズ２の拡張および崩壊図をそれぞれ示している。電気活性レンズは、深さｄが変動する表面浮き彫り回折パターン２０を有する第一のフレキシブル膜８ａと、第二のフレキシブル膜８ｂと、電気活性物質１６を有する液晶層２２と、電極１０と、コントローラー１２と、電気的接続部１４と、アライメント層１８とを有するフレキシブルレンズであり得る。液晶層は第一および第二の膜の間に配置され得、それらは層を包むためのフレキシブルハウジング８を形成し得る。膜は、たとえば、ポリスルホン、ポリエーテルイミドおよび／または他のフレキシブル物質で構成され得る。

電極１０は、液晶層に電力を供給するためにそれに電気的に接続され得る。コントローラー１２は、層に供給された電力を変調するために電極を電気的に駆動するのに適合され得る。液晶層は変更可能屈折率を有し得る。電力が、たとえば所定のしきい値を超えて、層に供給されるとき、それの屈折率が変更される。

アライメント層１８は、第一の所定のしきい値よりも低い電力が液晶層２２に供給されるときに、それの初期の屈折率を与えるために電気活性物質１６の分子を方位づけし得る。液晶層の屈折率を変更するために電気活性物質の分子を整列させるために（たとえば電極間に）第二の所定のしきい値を超える電力を有する電界が供給され得る。

第一および第二の膜の屈折率は一般に固定されている。一例では、液晶層の屈折率は、第一および第二の膜の固定屈折率と一致および不一致する間で交替する。

図３Ａと図３Ｂでは、フェールセーフ動作のため、（たとえば電極間に）電力が供給されていないときに、液晶層は（ただ単に例として）屈折率ｎ（たとえば１．６７）および膜の表面浮き彫り回折パターン２０にほぼ等しい厚さ（たとえば１０？ｍ未満）を有し得る。この実施形態では、表面浮き彫り回折パターンを作る物質もまた１．６７率を有している。液晶層の屈折率が表面浮き彫り回折の屈折率と一致するとき、電気活性レンズは無視できる光学パワーを有するであろう。液晶の率が回折物質のそれと一致しないとき、電気活性レンズは回折パターンによって作り出される光学パワーを有するであろう。

図４Ａは、複数の電気活性層を有する折りたたまれた状態のフレキシブル電気活性レンズ２を示し、図４Ｂは、図４Ａの複数の電気活性素子を示している。図４Ａでは、電気活性レンズは、固定屈折率を有するフレキシブルハウジング４と、それの中にたとえば積み重ねられた形態で埋め込まれた複数の電気活性素子６ａ、６ｂ、６ｃおよび６ｄと、電気活性素子のおのおのに独立して電気的に接続された電極１０とを含み得る。図４Ｂでは、電気活性素子６ａ、６ｂおよび６ｃは、フレキシブル誘電体膜などのインシュレートリイ（insulatory）物質２４によって分離された電気活性物質１６の層を含み得る。図４Ａと図４Ｂでは、電気活性素子は硬質であっても、フレキシブルであっても、ハウジングほどフレキシブルでなくてもよい。

図４Ａと図４Ｂでは、電気活性素子のおのおのが変更可能屈折率を有し得、個々に活性化され得る。各電気活性素子が互いに絶縁されているので、電気活性素子を選択的にまたは任意の組み合わせでつけることが可能である。こうすることによって、光学パワーの付加的組み合わせを有するまたは単一の光学パワーに与えることが可能である。これは、外科移植後にそのような光学的積み重ね多層を備えているレンズまたは光学部品の光学パワーを調整する能力を考慮に入れる。

電気活性素子は、電気活性レンズの外部の源からの制御信号に応じて活性化され得る。図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃおよび図５Ｄを参照すると、電気活性レンズは、レンズの外部の源からの制御信号を受信するために、感知装置および／または形状記憶合金などの受信器を含み得る。制御信号は、素子の光学パワーを遠隔的に調整するためにそれらのおのおのに供給される電力を変調するために使用され得る。

図４Ａと図４Ｂを再び参照すると、電気活性素子は積み重ねられ得、素子の変更可能光学パワーの任意の組み合わせで、電気活性レンズの総光学パワーを変更するために個々に活性化され得る。

図４Ｂでは、電気活性レンズは、活性化されたときに、＋０．２５Ｄまたは−０．２５Ｄ、＋０．５０Ｄまたは−０．５０Ｄおよび＋２．５０Ｄまたは＋１．２５Ｄの代表的な光学パワーをそれぞれ有する電気活性素子６ａ、６ｂおよび６ｃを有している。たとえば、素子は、常に必要である＋０．２５Ｄまたは−．２５Ｄだけを活性化することにより、ただ単に例として＋．２５Ｄまたは−．２５Ｄの最小の光学パワーから＋２５Ｄ、＋５０Ｄ、＋２．５０Ｄおよび＋１．２５Ｄの組み合わせを活性化することにより、ただ単に例として＋４．５０Ｄの最大の光学パワーまでの範囲の総光学パワーを与えるためにさまざまな組み合わせで活性化され得る。この例では、電気活性レンズは、最小および最大パワー間の．２５Ｄ（正または負）の各増分での光学パワーを有し得る。素子のおのおのが好適な組み合わせで個々に活性化されるとき、素子が光学パワーの変化の増分を与え、電気活性レンズの総光学パワーが所望の光学パワーに調整され得る。この例における光学パワーの変化の増分は０．２５Ｄであるが、ある他の実施形態では、それは０．１２Ｄである。素子は、近、中間および／または遠距離目視のための修正を与えるのに適合され得る。ここに使用される値は例証を意図しており、異なる光学パワー、光学パワーの変化の増分および／または電気活性素子の個数（たとえば目に適合するためのサイズに限定される）が使用され得ることが認められ得る。

本発明では、一つ以上の素子６ｃが当惑（pixilated）され得る。電極は、当惑（pixilated）素子へ電力を供給し得る。ある電極をシャントすることによって、素子の最大光学パワーの約５０％を与えることが可能である。上記の例では、素子６ｃは、＋２．５０Ｄの最大光学パワーと＋１．２５Ｄの５０％低減光学パワーとを与えうる。

一つ以上の電気活性素子がモーダル素子で構成され得る。モーダル素子は、電気的電位勾配が可変焦点モーダルレンズに供給されたときに光学パワーを変更し得る。モーダル素子は、たとえば液晶を使用する屈折光学部品を作り出すことができる。

図４Ａと図４Ｂを再び参照すると、電気活性素子６ａ、６ｂ、６ｃおよび６ｄは、ポリマー分散液晶と双安定液晶との組み合わせを含み得る。十分な電力が素子のおのおの（たとえば電極間）に印加されるとき、所望の光学パワーを達成するために双安定晶が調整され得る一方、所望の光学パワーがいったん設定されたならば、ポリマー分散液晶が素子内で遠隔的に硬化または固定され得る。電気活性レンズが目の中に配置または埋め込まれる一方、晶を硬化させることが、調整光学パワーを確保するために分子の方位を固定し得る。目に安全な波長（たとえば１．５？ｍ波長）を有する電磁信号（たとえばレーザー）が、たとえば電磁信号の波長に反応する開始剤を使用している晶を遠隔的に硬化させるために使用され得る。ポリマー分散液晶は、たとえば、ネマチック液晶混合物Ｅ７（メルクによって製作された）と（ノーランド・プロダクツ（Norland Products）によって製造された）ＵＶ硬化光学的接着剤ＮＯＡ６５との混合物を含み得る。一実施形態では、電気活性レンズが目の中に埋め込まれる一方、目の外部に配置された装置を使用して、双安定液晶が遠隔的に調整され得、ポリマーが遠隔的に硬化され得る。

双安定液晶物質が、電気活性レンズにパワーを与えるために時とともに必要とされる電力消費の量を低減するために使用され得る。第一の所定のしきい値を超える適当な第一の電圧の供給に対し、個々の双安定液晶のおのおのの全体的方位は、電圧がいったん除去されたならば、第一の電圧によって引き起こされた方位を維持し得る。それらは、第二の所定のしきい値よりも低い第二の電圧を供給することにより、それらの元の状態に戻り得る。双安定液晶は、たとえば、スメクチック液晶である表面安定強誘電性液晶（ＳＳＦＬＦ）を含み得る。双安定液晶の使用は電力消費を低減し得る。なぜなら、電圧は、装置をその状態間で単に切り替えるために使用され得、一般に動作の状態を維持するためには使用され得ないからである。

図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃおよび図５Ｄはそれぞれ、フレキシブル電気活性素子６を有するフレキシブル電気活性レンズ２の正面図を示している。フレキシブル電気活性レンズは、電気活性素子が埋め込まれたフレキシブル膜４と、電源２６と、電極１０と、形状記憶合金物質２８とを有している。形状記憶合金物質は電気活性レンズをその広げられた状態へ偏らせ得る。たとえば、電気活性レンズは、目の切り口内へ挿入するために折りたたまれ得る。いったん電気活性レンズが目の中に解放されたならば、形状記憶合金物質がレンズを目の中で動作のためのその広げられた状態へ広げ得る。

図５Ｃと図５Ｄを参照すると、電気活性レンズはコントローラーおよび／または駆動電子機器１２および電気的接続部１４を含み得る。

電極１０は、電気活性素子に電力を供給するためにそれに電気的に接続され得る。図３Ａを参照すると、電極の少なくとも一つが、第一の膜８ａの表面浮き彫り回折パターン２０に適合して、浮き彫りパターンを形成し得る。

図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃおよび図５Ｄを再び参照すると、電極は複数の同中心電極リングを含み得る。そのようなリングを有する電気活性整形素子に電力を電極が供給するとき、それにより回折光学特性が素子に与えられ得る。

本発明では、電極は、約一（１）秒未満でオン・オフが切り替えられ得る。電極は、アルミニウムなどの導電性または金属物質、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）などの光学的透明物質、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン（ethylenedioxythiophene））ポリ（スチレンスルホネート）（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）などの導電性有機物質および／またはカーボンナノチューブで構成され得る。電極は液晶物質を覆って囲み得る。透明物質は、導電率を高めるために銀またはアルミニウムなどの金属の薄いトレースを含み得る。ここに説明されるように、電気活性レンズの光学的特性を変更するために透過電極間に電力が供給され得る。電極層の厚さは、たとえば、１？ｍ未満であり得るが、好ましくは０．１？ｍ未満である。コントローラーおよび／または駆動電子機器１２、電源２６、形状記憶合金物質２８および他の電子要素は、電気的接続部１４によって電極に接続され得る。電気的接続部は、小さいワイヤーまたはトレースを含み得、それはまた透明であり得る。電極および電気的接続部はフレキシブルであり得る。

図５Ｂと図５Ｄを参照すると、電気活性レンズは、電気活性素子に電力を供給するために目の動きを電力に変換するための電気活性素子に電気的に接続された運動エネルギー５０を含み得る。運動エネルギードライバーは、ドライバー内に配置された伝導体および永久磁石を含み得る。永久磁石によって生成された磁界に対して伝導体が移動するとき、電力が生成される。そのようなドライバーはこの技術分野で周知であり、非電池給電腕時計に一般に使用されている。たとえば、急速眼球運動（ＲＥＭ）などの眼球運動が（たとえば睡眠および／または覚醒周期の間に）電源２６を充電し得る。

図５Ａと図５Ｂを参照すると、電気活性レンズは、電力を生成するための圧電性膜４８を含み得る。圧電性膜は、電気活性レンズを目構造に接続するのに適合され得る。圧電性膜の張力は目の運動によって変化され得る。膜は、張力の変化を電力に変換し得る。たとえば、圧電性膜が毛様体に、虹彩に、ひとみの近くまたはそれに取り付けられ得るとき、そしてひとみが圧電性膜を拡大および／または収縮させるとき、伸長および弛緩され、それにより電力を生成する。

図５Ａと図５Ｃを参照すると、感知装置３２の光電池を使用して電力が生成され得る。この技術分野で知られているように、光電池はソーラーパワーを電力に変換する。光電池は、たとえば電気活性レンズに外部に配置された（図示しない）１．５？ｍ赤外線レーザー源を使用して充電するのに適合され得る。レーザーは、たとえば、ユーザーによって着用されたときに電源を再充電するのに適合されたメガネに装着され得る。

これらの実施形態のおのおのでは、生成された電力は電源２６内に蓄積され得る。電源は、薄膜電池などの電池を含み得、それは再充電可能および／またはフレキシブルであり得る。薄膜電池は、遠隔充電によって誘導的に充電され得る。一実施形態では、そのような電気活性レンズのユーザーが眠っている間に（図示しない）誘導可能枕が誘導充電を提供する。

一実施形態では、電気活性レンズを広げられた状態へ向けて偏らせるために形状記憶合金物質２８が使用され得る。

別の実施形態では、電気活性レンズの外部の源から制御信号を受信するために形状記憶合金物質が使用され得る。コントローラー１２は、電気活性素子に供給される電力を変調するために制御信号を使用し得る。形状記憶合金物質は、コントローラーおよび電気活性素子に電気的に接続され得る。たとえば、形状記憶合金物質は、アンテナ、コンデンサー、誘導コイルなどとして機能し得る。

別の実施形態では、電源２６を充電するために形状記憶合金物質が使用され得る。形状記憶物質はコイルおよび／またはアンテナを形成し得、また電気活性レンズの外部の装置から無線で伝送される電力を使用して電源を誘導的に充電するのに適合され得る。

また別の実施形態では、コントローラーおよび／またはドライブ電子機器をプログラムおよび／または再プログラムするために形状記憶合金物質が使用され得る。

形状記憶合金物質は、たとえば、チタン−パラジウム−ニッケル、ニッケル−チタン−銅、金−カドミウム、鉄−亜鉛−銅−アルミニウム、チタン−ニオブ−アルミニウム、ハフニウム−チタン−ニッケル、ニッケル−チタン−銅、金−カドミウム、鉄−亜鉛−銅−アルミニウム、ニッケル−チタンおよび／または鉄−マンガン−珪素またはそれらの任意の組み合わせで構成され得る。

図５Ａと図５Ｃを再び参照すると、電気活性レンズは知覚情報を検知するための感知装置３２を含み得る。感知装置は、たとえば以下の装置の一つ以上を含み得る。光起電力またはＵＶ感知光電池、傾斜スイッチ、光センサー、受動距離測定装置、飛行時間範囲発見装置、目追跡装置、ユーザーが見てい得る所を検知する視界感知装置、加速度計、近接スイッチ、物理的スイッチ、手動オーバーライド制御器、ユーザーが鼻柱などに触れたときに入る容量スイッチ。

感知装置は、距離を測定するために各アレイ上に配置された集束レンズを備えた二つ以上の光検出機構アレイを含み得る。対象物が配置されている電気活性レンズからの距離を決定するためにどのアレイが最も高いコントラスト比を有するか決定するために差分和（sum of differences）アルゴリズムが使用され得る。

感知装置は、電気活性レンズを合焦させるための距離を検知するための測距機および／または周囲光および／または電気活性レンズへの入射光を検知するための太陽電池を含み得る。

感知装置は、頭の傾斜または目のエンサイクロロテーション（encyclorotation）、その例が図６に示される、を検知するのに適合された微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ジャイロスコープを含み得る。さらに、感知装置は、曲がりまたは他の動きから見た距離の変化を識別するためのジャイロスコープと組み合わせて使用され得る計時機構を含み得る。

検知に反応して、感知装置は、たとえば、電気活性レンズに供給される電力を変更することにより、それの前述の素子の一つ以上の活性化および／または非活性化を起こし得る。感知装置は、電極を駆動するための電子機器および／または電気的接続部に直接または間接的に電気的に接続され得る。一実施形態では、感知装置は、ユーザーが見ている集束距離を検知し得、それに応じて電気活性素子の光学パワーを変更または維持し得る。一例では、ユーザーが近距離範囲に焦点を合わせていることを感知装置が検知すると、電気活性レンズが近距離目視のための修正を与えるように素子の光学パワーが変更され得る。

本発明では、電気活性レンズは、電気活性レンズの光学状態を手動で無効化および切り替える（図示しない）無効化遠隔スイッチをさらに含み得る。たとえば、遠隔スイッチは、活性化、非活性化または所望の光学パワーを設定し得る。遠隔スイッチが活性化されるとき、形状記憶合金物質２８から形成されたアンテナを介して遠隔スイッチ信号が電気活性レンズに送られ得る。

図５Ｃと図５Ｄを再び参照すると、電気活性レンズは、身体によって生成された栄養素および細胞老廃物が電気活性レンズを通過することを可能にする開口３４を含み得る。開口は、物質分子のサイズに基づいて物質の通過を許す半透膜であり得る。開口および／または気孔はドリル、機械加工または型押しで開けられ得る。一般に、開口および気孔は、電極が延びておらず電力を供給しない瞳孔軸近くなどの電気活性レンズの非電気的またはそうでない非重要領域に配置され得る。そのような開口は、非電気活性角膜インレーに関連してこの技術分野で周知である。

図７Ａと図７Ｂはそれぞれ、軸Ａを有するフレキシブル電気活性レンズ２の正面図と、軸Ａで破断されたフレキシブル電気活性レンズ２のＡＡ断面図を示している。電気活性レンズは、フレキシブル膜４と、膜に埋め込まれた電気活性素子６とを有している。図７Ａは、フレキシブル膜と電気活性素子との間に配置された、エンベロープ３６を有している。したがって、素子はエンベロープに囲まれており、それは今度はフレキシブルハウジングに囲まれている。エンベロープは、たとえば親水性アクリル物質で構成される撥水保護バリアであり得る。一実施形態では、フレキシブルハウジングは、たとえばシリコーンまたは疎水性アクリル物質で構成され得る。一般に、親水性アクリル物質は比較的低い屈折率を有し、適度に硬質である。一般に、疎水性アクリル物質は比較的高い屈折率を有し、フレキシブルである。

ハウジング４は半透膜で構成され得る。ハウジングは、目の中の解剖対象物とバイオ互換性のある物質で覆われ得る。バイオ互換性物質は、たとえば、ポリビニルデン（polyvinyldene）フルオリドまたは非ハイドロゲル微多孔性ペルフルオロエーテル（perflouroether）を含み得る。ハウジングは、電気活性レンズからの物質の浸出を防止または遅らせるためにシーラーで追加的に覆われ得る。フレキシブルハウジング４は半透物質であり得る。液晶電気活性素子および付帯電子機器は、時とともに目の中へ浸出することを防止するために密閉に封止され得る。

図５Ａと図５Ｂを再び参照すると、電気活性レンズは、この技術分野で周知のように目の中の所望の位置にレンズを安定させるための触覚３０を含み得る。触覚は、電気活性レンズの外部の装置から制御信号を受信するためのアンテナおよび／または再充電ループをまた含み得る。

電気活性レンズは眼内レンズを含み得、最良の光学的結果を与えるために最高可能中心化（目の中心軸または瞳孔軸とのレンズの中心軸のアラインメント）をもって移植され得る。本発明の好適な実施形態では、電気活性レンズまたは電気活性レンズを収容している包袋は最高可能中心化をもってひとみの後ろに直接移植されるべきである。触覚３０は、包袋の内部に電気活性レンズを中央におくために使用され得る。あるいは、触覚は、包袋の外部に延び、目たとえば毛様筋に直接取り付けられ得る。目の解剖非対称性のため、電気活性レンズは瞳孔軸に中央をはずして移植され得る。追加の非中心化は、包袋内に（たとえばその中に挿入された電気活性レンズの中心軸との包袋の中心軸の不整列で）および（曲がったまたは不整列瞳孔軸を有する）不整列ひとみに見つけられ得る。目は、適量の非中心化に一般に寛容である。解剖非対称性のため、生来の無変更の目は約０．１または０．２ｍｍの非中心化を有し得る。電気活性レンズは、少なくとも１ｍｍの非中心化に好ましくは順応し得る。

電気活性レンズは、（図示しない）既存の移植レンズによって与えられた光学的機能障害を修正するために既存のレンズ移植物を既に有する目に移植され得る。この技術は「背負い」レンズ移植と呼ばれ得る。電気活性レンズは、既存の移植レンズの前に（たとえば目の露出表面のより近くに）、たとえば毛様体溝内の後眼房内に移植され得る。他の実施形態では、電気活性レンズは、既存の移植レンズの後ろに（たとえば目の露出表面からさらに遠くに）に移植され得る。上記実施形態のいずれにおいても、電気活性レンズは、別のもの、たとえば固定水晶体と組み合わせて使用され得る。レンズは、毛様体溝の前または後眼房内に配置され得る。

ここに説明された実施形態がコンタクトレンズとして使用されるとき、レンズは、所望の中心化位置にレンズを安定させるためにレンズ周囲にまたはその近くに付属柔軟親水性スカートを含み得る。コンタクトレンズは、加重方位づけ領域または切頭付属表面を有することによりさらに安定され得る。たとえば、レンズが（図示しない）コンタクトレンズケース内に配置されるとき、コンタクトレンズはケースによって個々に充電され得る。コンタクトレンズの感知装置３２（たとえば光検出器）は、着用者の視覚と干渉しないために瞳孔軸から間隔を置いた位置に、コンタクトレンズまたは付属スカートの表面内または上に配置され得る。一実施形態では、寸法適合パラメーターおよび／またはコンポーネントは、ユーザーの解剖ニーズおよび／または好みに応じてカスタマイズされ得る。

図８Ａ、図８Ｂおよび図８Ｃはそれぞれ、異なるひとみサイズを有する目３８の中の電気活性レンズ２の配置を示している。図８Ａは、比較的大きいサイズを有する拡張ひとみを示している。図８Ｂは、比較的適度なサイズを有するひとみを示している。図８Ｃは、比較的小さいサイズを有するひとみを示している。図８Ａ、図８Ｂおよび図８Ｃはそれぞれ、目の中の、ひとみ４０、虹彩４２、へり４４およびシェレラ（scelera）４６の相対位置を示している。電気活性レンズは、フレキシブルハウジング４と電気活性素子６とを含み得る。ひとみのサイズが減少したとき、レンズは、目のひとみ４０または開口の増加割合を覆う。

上記実施形態のいずれにおいても、液晶物質が使用され得る。液晶は、結晶質固体と非晶質液体との間の中間である集合状態を有する。多くの液晶は棒状分子で構成され、ネマチックとコレステロールとスメクチックとに広く分類される。

電気活性レンズは、老眼、近視、遠視、乱視および高次収差を含む目の屈折障害を修正するために使用され得る。

ここに使用されるとき、近目視距離は、視点から１８インチから約１２インチまでの距離とみなし得、中間目視距離は１８インチより大きくから２９インチまでの距離とみなし得、遠目視距離は顔から約２９インチよりも大きい距離と見なし得る。

この発明は、限られた数の実施形態と関連して説明されたが、この発明の多くの変更、修正および他の適用が成され得ることが認められるであろう。この発明の要旨内にあるそのような修正および変更を包含するように添付の特許請求の範囲が意図されていることは当業者によって認められるであろう。

Claims (45)

1. 固定屈折率を有するフレキシブル屈折光学部品と、
   前記フレキシブル屈折光学部品内に埋め込まれた電気活性素子とを備え、前記電気活性素子は変更可能屈折率を有しており、
   また前記電気活性素子に電気的に接続されたコントローラーを備え、それに電力が供給されたときに前記電気活性素子の屈折率が変更されるフレキシブル電気活性レンズ。
2. 前記電気活性素子が前記フレキシブル屈折光学部品ほどフレキシブルでない請求項１のフレキシブル電気活性レンズ。
3. 前記電気活性素子がフレキシブルでない請求項１のフレキシブル電気活性レンズ。
4. 前記電気活性素子が前記フレキシブル屈折光学部品と同じくらいフレキシブルである請求項１のフレキシブル電気活性レンズ。
5. 前記フレキシブル屈折光学部品が、ポリスルホンとポリエーテルイミド物質の少なくとも一つを備えている請求項１のフレキシブル電気活性レンズ。
6. 光学パワーの大部分が前記フレキシブル屈折光学部品によって与えられる請求項１のフレキシブル電気活性レンズ。
7. 前記電気活性素子に電気的に接続されたそれに電力を供給するための光電池をさらに備えている請求項１のフレキシブル電気活性レンズ。
8. 前記電気活性素子に電気的に接続された前記電気活性素子に電力を供給するために目の動きを前記電力に変換するための運動エネルギードライバーをさらに備えている請求項１のフレキシブル電気活性レンズ。
9. 前記レンズを目構造に接続するのに適合された圧電性膜をさらに備え、前記圧電性膜の張力が、張力の変化を電力に変換するための目の動きによって変化される請求項１のフレキシブル電気活性レンズ。
10. 前記電気活性素子が遠隔的調整に適合されている請求項１のフレキシブル電気活性レンズ。
11. 前記レンズは、眼内レンズ、眼内光学部品、コンタクトレンズ、角膜インレーおよび角膜オンレーのいずれかである請求項１のフレキシブル電気活性レンズ。
12. 固定光学パワーを有するフレキシブルハウジングと、
    前記ハウジングに埋め込まれたフレキシブル電気活性素子とを備え、前記電気活性素子は、最小の光学パワーから最大の光学パワーまでの光学パワー範囲内で変化するのに適合された光学パワーを有し、前記固定光学パワーが前記最大の光学パワーよりも大きいフレキシブル電気活性レンズ。
13. 前記電気活性素子に電気的に接続されたそれに電力を供給するための光電池をさらに備えている請求項１２のフレキシブル電気活性レンズ。
14. 前記電気活性素子に電気的に接続されたそれに電力を供給するための運動エネルギードライバーをさらに備え、前記運動エネルギードライバーは、目の動きを電力に変換するのに適合されている請求項１２のフレキシブル電気活性レンズ。
15. 前記電気活性素子に電気的に接続されたそれに電力を供給するための圧電性膜をさらに備え、前記圧電性膜の張力が、張力の変化を電力に変換するための目の動きによって変化される請求項１２のフレキシブル電気活性レンズ。
16. 前記電気活性素子に電気的に接続された同中心リング形状電極をさらに備え、前記電気活性素子に電力が供給されたときに前記素子が回折性となる請求項１２のフレキシブル電気活性レンズ。
17. フレキシブル膜をさらに備えている請求項１２のフレキシブル電気活性レンズ。
18. 前記フレキシブル膜が、ポリスルホンとポリエーテルイミド物質の少なくとも一つを備えている請求項１７のフレキシブル電気活性レンズ。
19. 前記ハウジングが屈折光学部品を備えている請求項１２のフレキシブル電気活性レンズ。
20. 硬質ハウジングをさらに備え、前記レンズは、眼鏡レンズとしての使用のために前記硬質ハウジングに埋め込まれている請求項１２のフレキシブル電気活性レンズ。
21. 前記ハウジングが前記電気活性素子ほどフレキシブルでない請求項１２のフレキシブル電気活性レンズ。
22. 前記電気活性素子が前記ハウジングと同じくらいフレキシブルである請求項１２のフレキシブル電気活性レンズ。
23. 形状記憶合金をさらに備えている請求項１２のフレキシブル電気活性レンズ。
24. レンズは眼内レンズ、眼内光学部品、コンタクトレンズ、角膜インレーおよび角膜オンレーのいずれかである請求項１２のフレキシブル電気活性レンズ。
25. フレキシブルハウジングと、
    前記フレキシブルハウジング内に埋め込まれた硬質電気活性素子とを備え、前記硬質電気活性素子は変更可能屈折率を有しており、
    また前記硬質電気活性素子に電気的に接続された電気コントローラーを備え、それに電力が供給されたときに前記硬質電気活性素子の屈折率が変更されるフレキシブル電気活性レンズ。
26. 前記硬質電気活性素子に接続された前記硬質電気活性素子に電力を供給するために目の動きを前記電力に変換するための運動エネルギードライバーをさらに備えている請求項２５のフレキシブル電気活性レンズ。
27. 前記硬質電気活性素子に電気的に接続されたそれに電力を供給するための光電池をさらに備えている請求項２５のフレキシブル電気活性レンズ。
28. 前記レンズを目構造に接続するのに適合された圧電性膜をさらに備え、前記圧電性膜の張力が、張力の変化を電力に変換するための目の動きによって変化される請求項２５のフレキシブル電気活性レンズ。
29. 前記フレキシブルハウジングが、ポリスルホンとポリエーテルイミド物質の少なくとも一つを備えている請求項２５のフレキシブル電気活性レンズ。
30. 前記電気活性素子が遠隔的調整に適合されている請求項２５のフレキシブル電気活性レンズ。
31. 前記レンズは、眼内レンズ、眼内光学部品、コンタクトレンズ、角膜インレーおよび角膜オンレーのいずれかである請求項２５のフレキシブル電気活性レンズ。
32. 表面浮き彫り回折パターンを有する第一のフレキシブル膜と、
    第二のフレキシブル膜と、
    前記第一および第二の膜間に配置された液晶層とを備え、前記液晶層は変更可能屈折率を有しており、
    また前記液晶層に電気的に接続されて電気電極を備え、それに電力が供給されたときに前記液晶層の屈折率が変更されるフレキシブル電気活性レンズ。
33. 前記第一および第二のフレキシブル膜のおのおのが折りたたまれたおよび広げられた状態間を移動するのに適合されており、前記レンズは、前記広げられた状態へ前記レンズを偏らせるための形状記憶合金物質をさらに備えている請求項３２のフレキシブル電気活性レンズ。
34. 前記第一および第二の膜は、ポリスルホンとポリエーテルイミド物質の少なくとも一つを備えている請求項３２のフレキシブル電気活性レンズ。
35. 前記液晶層に電気的に接続された前記液晶層に電力を供給するために目の動きを前記電力に変換するための運動エネルギードライバーをさらに備えている請求項３２のフレキシブル電気活性レンズ。
36. 前記液晶層に電気的に接続されたそれに電力を供給するための光電池をさらに備えている請求項３２のフレキシブル電気活性レンズ。
37. 前記レンズを目構造に接続するのに適合された圧電性膜をさらに備え、前記圧電性膜の張力が、張力の変化を電力に変換するための目の動きによって変化される請求項３２のフレキシブル電気活性レンズ。
38. 前記レンズは、眼内レンズ、眼内光学部品、コンタクトレンズ、角膜インレーおよび角膜オンレーのいずれかである請求項３２のフレキシブル電気活性レンズ。
39. 前記レンズは相互接眼レンズ／内眼レンズ？である請求項３２のフレキシブル電気活性レンズ。
40. 硬質ハウジングをさらに備え、前記フレキシブル電気活性レンズは、眼鏡レンズとしての使用のために前記硬質ハウジングに埋め込まれている請求項３２のフレキシブル電気活性レンズ。
41. 前記液晶層の前記屈折率が遠隔的調整に適合されている請求項３２のフレキシブル電気活性レンズ。
42. 前記液晶層が双安定液晶を備えている請求項３２のフレキシブル電気活性レンズ。
43. 前記電極の少なくとも一つがパターン電極を備えている請求項３２のフレキシブル電気活性レンズ。
44. 前記電極が透明導電性酸化物を備えている請求項３２のフレキシブル電気活性レンズ。
45. 前記電極がフレキシブルである請求項３２のフレキシブル電気活性レンズ。

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