JP2017116936A - 電子眼科用レンズのレンズ駆動機構用の高電圧ｈブリッジ制御回路 - Google Patents

Abstract

【課題】 可変焦点光学部品を作動させる電子システムを備える、眼科用装置のレンズ駆動機構又はレンズ駆動回路を提供する。
【解決手段】 レンズ駆動機構は、眼科用装置に組み込まれた電子システムの一部である。電子システムは、１つ又は２つ以上の電池又は他の電源、電力管理回路、１つ又は２つ以上のセンサ、クロック発生回路、制御アルゴリズム及び回路、並びにレンズ駆動回路を含む。レンズ駆動回路は、１つ又は２つ以上の電源と、１つ又は２つ以上の高電圧発生器と、１つ又は２つ以上のスイッチング回路とを含む。具体的には、レンズ駆動機構は、眼科用装置に含まれる電子部品を駆動するため、極性を含めて適切な電圧を提供する、Ｈブリッジ／Ｈブリッジコントローラを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、可変光学電子眼科用レンズ又は他の類似のデバイスに電力供給する電子回路に関し、より詳細には、可変光学電子眼科用レンズの光学要素を制御するように構成された、レンズ駆動機構用のＨブリッジタイプのスイッチング回路に関する。

電子デバイスが小型化され続けるにつれて、様々な用途に向けた装着型又は埋込み型の超小型電子デバイスを作成する傾向がより一層高まっている。かかる用途としては、生体化学反応の様相の監視、測定値に応答するか又は外部制御信号に応答する、自動を含む、様々なメカニズムを介する薬物若しくは治療薬の制御された投与量の投与、並びに器官又は組織の能力の増強を挙げることができる。かかるデバイスの例としては、ブドウ糖注入ポンプ、ペースメーカー、除細動器、補助人工心臓、及び神経刺激器が挙げられる。特に有用な新たな応用分野は、眼科用装着型レンズ及びコンタクトレンズである。例えば、装着型レンズは、眼の能力を増強又は向上させる、電子式可変焦点を有するレンズアセンブリを組み込んでもよい。別の例では、可変焦点の有無にかかわらず、装着型コンタクトレンズは、前角膜（涙膜）における特定の化学物質の濃度を検出する電子センサを組み込んでもよい。レンズアセンブリに埋込み型電子部品を使用することにより、電子部品の電力供給及び／又は再励起の方法として、また、電子部品同士を相互接続するため、内部及び外部の感知及び／又は監視を行うため、並びに電子部品及びレンズの全体的機能の制御を行うために、電子部品と通信する潜在的必要性が生じる。

人間の眼は、数百万種類の色を識別し、移り変わる光の条件に合わせて簡単に調節し、高速インターネット接続を上回る速度で信号又は情報を脳に送信する能力を有する。コンタクトレンズ及び眼内レンズなどのレンズは、現在、近視（近眼）、遠視（遠眼）、老視、及び乱視などの視覚障害を矯正するのに利用されている。しかしながら、追加の構成要素を組み込んだ適切に設計されているレンズが、視力の向上並びに視覚障害の矯正に利用されてもよい。

コンタクトレンズは、近視、遠視、乱視、並びに他の視力障害の矯正に利用されてもよい。コンタクトレンズはまた、着用者の眼の自然な外観を向上させるのに利用されてもよい。コンタクトレンズ又は「コンタクト」は、単に眼の前面に置かれるレンズである。コンタクトレンズは、医療用デバイスと見なされ、視力の矯正のため、及び／又は美容若しくは他の治療上の理由で着用されてもよい。コンタクトレンズは、１９５０年代以降、視力を改善するために商用的に利用されてきた。初期のコンタクトレンズは、硬質材料から作成又は製作され、比較的高価で壊れやすかった。それに加えて、これら初期のコンタクトレンズを製作していた材料は、コンタクトレンズを通して結膜及び角膜まで十分に酸素を透過させることができず、そのことによって潜在的に多数の臨床上の副作用を引き起こす可能性があった。これらのコンタクトレンズは依然として利用されているが、最初の快適性が低いため、全ての患者に適しているわけではない。その後のこの分野における発展によって、ハイドロゲル系のソフトコンタクトレンズがもたらされ、今日では非常に一般的で広く利用されている。具体的には、今日利用可能なシリコーンハイドロゲルコンタクトレンズは、酸素透過性が非常に高いというシリコーンの利益を、既に明らかとなっているハイドロゲルの快適性及び臨床的性能とを組み合わせている。本質的に、これらのシリコーンハイドロゲル系コンタクトレンズは、高い酸素透過性を有し、一般に、初期の硬質材料で作られたコンタクトレンズよりも着用時の快適性が高い。

従来のコンタクトレンズは、上記に簡潔に述べた様々な視力の問題を矯正する、特定の形状を有するポリマー構造である。機能性の向上を図るには、これらのポリマー構造に様々な回路及び構成要素を統合する必要がある。例えば、制御回路、マイクロプロセッサ、通信デバイス、電源装置、センサ、アクチュエータ、発光ダイオード、及び小型アンテナを、特別に設計された光電子素子を介してコンタクトレンズに統合して、視力を矯正するだけでなく、視力を向上させると共に、本明細書に説明するような追加の機能性を提供してもよい。電子及び／又は電動式コンタクトレンズは、ズームイン及びズームアウト機能によって、又は単純にレンズの屈折能力を変化させることによって、視力を向上させるように設計されてもよい。電子及び／又は電動式コンタクトレンズは、色及び解像度を向上させるように、文字情報を表示するように、会話をリアルタイムで字幕に翻訳するように、ナビゲーションシステムから視覚的キューを与えるように、また、画像処理及びインターネットアクセスを提供するように設計されてもよい。レンズは、着用者が低光量条件で見ることができるように設計されてもよい。適切に設計された電子部品及び／又はレンズ上の電子部品の配置により、可変焦点光学レンズを用いることなく例えば網膜に画像を投影することが可能となり、新規な画像ディスプレイを提供し、更には目覚ましアラートを提供することも可能となる。これらの機能若しくは類似の機能のいずれかの代わりに、又はそれらに加えて、コンタクトレンズは、着用者のバイオマーカー及びヘルスインジケータを非侵襲的に監視する構成要素を組み込んでもよい。例えば、レンズに内蔵されたセンサは、血液を採取する必要なく涙膜の成分を分析することによって、糖尿病患者が血糖レベルを定期的にチェックするのを可能にしてもよい。それに加えて、適切に構成されたレンズは、コレステロール、ナトリウム、及びカリウムのレベル、並びに他の生物学的マーカーを監視するセンサを組み込んでもよい。これを、無線データ送信器と連結することにより、医師が患者の血液化学にほぼ即時にアクセスすることが可能となって、患者が検査機関に赴いて血液を採取するために時間を浪費する必要がなくなる。それに加えて、レンズに内蔵されたセンサを利用して、眼に入射する光を検出することにより、周辺光条件を補償するか、又は瞬きのパターンを調べるのに使用することができる。

デバイスの適切な組み合わせによって、潜在的に無制限の機能性をもたらすことができるが、光学グレードの一片のポリマー上に余分な構成要素を組み込むことに伴う、多数の困難が存在する。一般に、多数の理由から、かかる構成要素をレンズ上に直接製造するのは困難であり、非平面の表面上に平面のデバイスを取り付け、相互接続することも困難である。縮尺通りに製造することも困難である。レンズ上又はレンズ内に置かれる構成要素は、構成要素を眼上の液体環境から保護しながら、わずか１．５平方センチメートルの透明ポリマー上に小型化及び統合される必要がある。また、追加の構成要素の厚さが加わるため、コンタクトレンズを着用者にとって快適かつ安全なものにすることも困難である。

コンタクトレンズなどの眼科用デバイスに面積及び体積上の制約があること、またそれが利用される環境を所与として、デバイスを物理的に実現するためには、その大半が光学用プラスチックを含む非平面の表面上に多数の電子構成要素を取り付け相互接続することを含む、多数の課題を克服しなければならない。したがって、機械的及び電気的に堅牢な電子コンタクトレンズを提供することが必要とされている。

これらは電動式レンズであるため、電子部品を作動するためのエネルギー、又はより詳細には電流消費が、眼科用レンズのスケールでの電池の技術を考慮した場合に問題となる。通常の電流消費に加えて、この性質の電動デバイス又はシステムは、一般に、潜在的に広範囲の動作パラメータにわたる動作、並びに潜在的に数年間アイドル状態のままだった後に一回の充電で例えば最大１８時間のバースト消費を確保するため、待機電流の保留、精密な電圧制御、及び切替え能力を要する。

視力矯正、及び潜在的な視力向上は、典型的には、眼鏡レンズ、コンタクトレンズ、眼内レンズ（ＩＯＬ）、及び他の眼科用デバイスにおいて、静的光学部品によって達成される。例えば、近視（近眼）を治療するための眼鏡レンズ又はコンタクトレンズは、角膜及び／又はレンズの欠陥によって引き起こされる網膜上の焦点を矯正する、球面屈折力を有するレンズを含む。二焦点矯正レンズは、主レンズと異なる度数の嵌め込みレンズを含んでもよい。より高度な設計では、レンズにわたって視力矯正機能を変化させるため、勾配、ゾーン、又は仕組みを使用する。しかしながら、これらのレンズは光学的に静的なものであるため、眼の水晶体レンズの光学度数を変化させることによって遂行される可変焦点動作である、人間の眼の自然な反応と合致しない。老眼の患者では、異なる焦点距離に順応する眼の自然な能力が大幅に低下しており、機能の喪失及び不快感につながっている。この分野における最近の進歩には、ある程度の動的調節作用を有する眼鏡レンズ及び更にはＩＯＬ、例えば、光学度数の変化を一定量にとどめるために眼の毛様小帯と接続された電子眼鏡レンズ又はＩＯＬが挙げられる。これらの既存のシステムには、わずかな範囲の追加度数しか、おそらくは＋１ジオプターしかカバーしないこと、眼鏡レンズの着用を必要とすること、ＩＯＬを埋め込む手術を必要とすること、その他の欠点による制限がある。

電子可変レンズ技術には、液晶レンズ、電気活性ポリマーレンズ、電気機械的レンズ、可変流体レンズ、及び液体メニスカスレンズなど、いくつかのタイプがある。かかる電子可変レンズは、アクチュエータ、及びレンズの焦点距離を変更する電子デバイスを要する。例えば、液体メニスカスレンズ又は電気活性レンズでは、アクチュエータから印加される電圧及び／又は電流によってレンズの物理的パラメータを変調して焦点距離を変化させる。可変レンズ、及びレンズ駆動機構としても知られるそのアクチュエータは両方とも、スマートフォンのカメラ及び工業的用途などの様々な用途用に市販されている。コンタクトレンズ及びＩＯＬなどの眼科用デバイスに適したレンズ及びアクチュエータは存在していない。

電子又は電動式レンズは、一般的に、電池から直接利用可能である電圧よりも高い電圧を要する。例えば、電動式レンズは、焦点距離の最大変化に達するには６０ボルトを要することがあるが、一般的な電池の出力は４ボルト未満である。一般的なレンズ駆動機構は、低電圧源から高い出力電圧を得る電圧増倍回路を含み、それらの設計の多くが当該技術分野で知られている。電圧増倍器は、基本的には、変圧比が一致していない変圧器と原理的に類似している電圧及び電流変換デバイスである。変圧器が交流電流で動作するのに対して、電圧増倍器は電池などの直流（ＤＣ）電源によって動作する。電圧増倍器は、電子技術分野では広く知られている回路の種類であるチャージポンプを含んでもよい。

現在利用可能なレンズ駆動機構には多くの不利な点があり、そのため、コンタクトレンズ及びＩＯＬなどの眼科用デバイスで使用するのには適していない。一般的なレンズ駆動機構の電流消費は、約１ミリアンペアから１００ミリアンペアを超える程度である。これは、主流電源へのアクセスを有するロボット製造システム、又は更には比較的大型の電池を有するカメラ若しくはスマートフォンでは許容される電流消費であるが、眼科用デバイスの電源としてははるかに大きすぎる。電池、エネルギーハーベスタ、及び／又はコンデンサとして実装されるこのような電源は、一般的に、おそらくは３０マイクロアンペア以下の電流に制限されている。電動式レンズを作動させるときにレンズ駆動機構に流れる電流である能動的電流消費、及びレンズ駆動機構が電動式レンズを駆動していないときに流れる電流である待機電流消費は、どちらも眼科用デバイスの重要なパラメータである。

一般的な電子可変レンズ及びそのレンズ駆動機構は、各用途に合わせて設計されており、眼科用デバイスにおける使用向けには最適化されていない。例えば、一部のレンズは、数ミリメートルから無限遠までの焦点距離の範囲にわたって、３０ジオプター程度以上、連続的に可変である。市販のレンズ及び駆動機構は、極めて速やかに、おそらくは１００ミリ秒未満で焦点距離を変化させなければならない。眼科用レンズは、当該技術分野において知られるように、自然な眼が焦点距離を変化させるのに一般的に要する時間である１〜２秒で焦点を変化させるだけでよい。液体メニスカスレンズの場合、レンズ電圧が１００ミリ秒で充電されても、レンズ自体が焦点を変化させるのには１〜２秒かかるが、液晶光学部品の場合、１００ミリ秒のレンズ作動が達成可能であり、光学部品は更に速やかに応答する。商業的及び製造的用途を目的とした一般的なレンズ及び駆動システムは、何年にもわたって動作を持続しなければならず、一日に何度も焦点距離を大きく変化させる必要がある。これに対して、コンタクトレンズなどの一部の眼科用デバイスは、使い捨てであって１８時間しか使用されないことがある。

一般的なレンズ駆動機構は、個別の電子部品又は集積回路（ＩＣ）によって実現される。レンズ駆動機構は、ＩＣとして実現される場合であっても、コンデンサなどの外部構成要素を必要とすることがあり、レンズ駆動機構の物理的なダイのサイズは、数百ミクロンの厚さで２平方ミリメートル以上となりうるため、依然として課題となっている。

電気可変レンズは、一般的に１０〜６０ボルトの電圧で作動される。したがって、これらのデバイスのレンズ駆動機構は、電動式レンズを作動させるのに十分な高電圧を出力しなければならない。レンズ駆動機構は、出力電圧を変化させることによって電動式レンズの光学度数を変調するようにプログラム可能であってもよい。

大きな焦点距離範囲にわたる光学度数の速度、信頼性、及び精密な変調に対する要件のため、液体メニスカスレンズ用の一般的なレンズ駆動機構は、交流（ＡＣ）駆動機構を用いている。かかるＡＣ駆動機構は、レンズに印加されるバイアスを正と負の間で速やかに、おそらくは１ｋＨｚの速度で切り替える。他のタイプの光学部品は、より低い、例えば２５〜５０Ｈｚの周波数を要することがある。この駆動方法は、既存の商業的用途に対して利益をもたらすが、同時に代替法である直流（ＤＣ）駆動方法よりも電流消費が大幅に増加する。液体メニスカスレンズはコンデンサとして成形することも可能であり、その場合、コンデンサを充電するのに要するエネルギーは、Ｃをレンズの静電容量、Ｖを印加電圧として、１／２×Ｃ×Ｖ^２である。液体レンズの静電容量は、約２００ピコファラド（ｐＦ）である。一般的な高電圧レンズ駆動機構は、レンズの静電容量を高速で充電しなければならないことから、大量の電力が供給され消費されることは明らかである。

したがって、低コスト、長期の信頼性の高い動作、安全性、サイズ、及び速度に関して最適化される一方で、可変焦点光学部品を駆動するのに必須の電力を供給する、電動式眼科用レンズのレンズ駆動機構が求められている。

可変焦点光学電子眼科用レンズに電力供給するための高電圧Ｈブリッジ制御回路を有する、本発明のレンズ駆動機構は、上記に簡潔に述べた従来技術と関連付けられた不利な点を克服する。

一態様によれば、本発明は、眼科用装置を対象とする。眼科用装置は、眼内又は眼上の少なくとも一方で使用される眼科用レンズと、眼科用レンズに組み込まれた光学要素であって、光学要素は視力矯正及び視力向上の少なくとも一方のために構成され、電子制御の焦点距離、電子制御の光透過、及び電子制御の偏光のうち１つ又は２つ以上を有する、光学要素と、眼科用レンズに組み込まれた電子システムとを備え、電子システムは、電源と、光学要素に供給される電圧を制御し、光学要素に供給される電圧の極性を反転させ、光学要素を短絡するように構成されるＨブリッジ回路であって、Ｈブリッジ回路はＮチャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタとして実装される第１及び第２の下側スイッチと、第１及び第２の上側ＰチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチとを含む、Ｈブリッジ回路と、レベルシフタセルを使用して第１及び第２の上側ＰチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチを制御するのに使用され、高インピーダンス回路であるように構成され、それによって電源の装荷を防ぐＨブリッジ制御回路であって、レベルシフタセルが、バッファと、コンデンサ結合回路と、チャージポンプセルとを備え、コンデンサが低電圧と高電圧との間でレベルシフトすると共に電荷をチャージポンプセルへと伝達し、チャージポンプセルが、第１及び第２の上側ＰチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチに対する作動電圧を提供し、能動ターンオフ回路が、制御スイッチを作動させる追加のレベルシフタ回路と、２つのレベルシフタセルの出力間にあり、それによって一度に第１及び第２の上側ＰチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチの一方のみがオンになることを確保する、クロスカップル型スイッチ回路と、を作動させることによって、必要に応じて第１及び第２の上側ＰチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチを作動停止するように設計された制御スイッチを備える、Ｈブリッジ制御回路と、電子システムに対して制御及びタイミング信号を提供するように構成され、電源が、第１及び第２の上側ＰチャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタのソースとＨブリッジ制御回路とに対して電圧を提供する、システムコントローラと、を含む。

別の態様によれば、本発明は、眼科用装置を対象とする。眼科用装置は、眼内又は眼上の少なくとも一方で使用される眼科用レンズと、眼科用レンズに組み込まれた光学要素であって、光学要素は視力矯正及び視力向上の少なくとも一方のために構成され、電子制御の焦点距離、電子制御の光透過、及び電子制御の偏光のうち１つ又は２つ以上を有する、光学要素と、眼科用レンズに組み込まれた電子システムとを備え、電子システムは、電源と、光学要素に供給される電圧を制御し、光学要素に供給される電圧の極性を反転させ、光学要素を短絡するように構成されるＨブリッジ回路であって、Ｈブリッジ回路はＮチャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタとして実装される第１及び第２の下側スイッチと、第１及び第２の上側ＰチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチとを含む、Ｈブリッジ回路と、レベルシフタセルを使用して第１及び第２の上側ＰチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチを制御するのに使用され、高インピーダンス回路であるように構成され、それによって電源の装荷を防ぐＨブリッジ制御回路であって、レベルシフタセルが、バッファと、コンデンサ結合回路と、チャージポンプセルとを備え、コンデンサが低電圧と高電圧との間でレベルシフトすると共に電荷をチャージポンプセルへと伝達し、チャージポンプセルが、第１及び第２の上側ＰチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチに対する作動電圧を提供し、能動ターンオフ回路が、２つのレベルシフタセルの出力間にあり、それによって一度に第１及び第２の上側ＰチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチの一方のみがオンになることを確保する、クロスカップル型スイッチ回路を作動させることによって、必要に応じて第１及び第２の上側ＰチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチを作動停止するように設計された制御スイッチを備える、Ｈブリッジ制御回路と、電子システムに対して制御及びタイミング信号を提供するように構成され、電源が、第１及び第２の上側ＰチャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタのゲートとＨブリッジ制御回路とに対して電圧を提供する、システムコントローラと、を含む。

更に別の態様によれば、本発明は、眼科用装置を対象とする。眼科用装置は、眼内又は眼上の少なくとも一方で使用される眼科用レンズと、眼科用レンズに組み込まれ、視力矯正及び視力向上の少なくとも一方のために構成され、電子制御の焦点距離、電子制御の光透過、及び電子制御の偏光のうち１つ又は２つ以上を有する、光学要素と、眼科用レンズに組み込まれた電子システムと、を備え、電子システムは、電源と、光学要素に供給される電圧を制御し、光学要素を短絡するように構成されたスイッチング回路であって、スイッチング回路はＮチャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタとして実装される下側スイッチと、上側ＰチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチとを含む、スイッチング回路と、レベルシフタセルを使用して上側ＰチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチを制御するのに使用され、高インピーダンス回路であるように構成され、それによって電源の装荷を防ぐスイッチング制御回路であって、レベルシフタセルが、バッファと、コンデンサ結合回路と、チャージポンプセルとを備え、コンデンサが低電圧と高電圧との間でレベルシフトすると共に電荷をチャージポンプセルへと伝達し、チャージポンプセルが、上側ＰチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチに対する作動電圧を提供し、能動ターンオフ回路が、制御スイッチを作動させる追加のレベルシフタ回路を作動させることによって、必要に応じて上側ＰチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチを作動停止するように設計された制御スイッチを備える、スイッチング制御回路と、電子システムに対して制御及びタイミング信号を提供するように構成され、電源が、上側ＰチャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタのソースとＨブリッジ制御回路とに対して電圧を提供する、システムコントローラと、を含む。

更なる別の態様によれば、本発明は、電子システムを対象とする。電子システムは、電源と、光学要素に供給される電圧を制御し、光学要素に供給される電圧の極性を反転させ、光学要素を短絡するように構成されるＨブリッジ回路であって、Ｈブリッジ回路はＮチャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタとして実装される第１及び第２の下側スイッチと、第１及び第２の上側ＰチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチとを含む、Ｈブリッジ回路と、レベルシフタセルを使用して第１及び第２の上側ＰチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチを制御するのに使用され、高インピーダンス回路であるように構成され、それによって電源の装荷を防ぐＨブリッジ制御回路であって、レベルシフタセルが、バッファと、コンデンサ結合回路と、チャージポンプセルとを備え、コンデンサが低電圧と高電圧との間でレベルシフトすると共に電荷をチャージポンプセルへと伝達し、チャージポンプセルが、第１及び第２の上側ＰチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチに対する作動電圧を提供し、能動ターンオフ回路が、制御スイッチを作動させる追加のレベルシフタ回路と、２つのレベルシフタセルの出力間にあり、それによって一度に第１及び第２の上側ＰチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチの一方のみがオンになることを確保する、クロスカップル型スイッチ回路と、を作動させることによって、必要に応じて第１及び第２の上側ＰチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチを作動停止するように設計された制御スイッチを備える、Ｈブリッジ制御回路と、電子システムに対して制御及びタイミング信号を提供するように構成され、電源が、第１及び第２の上側ＰチャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタのソースとＨブリッジ制御回路とに電圧を提供する、システムコントローラと、を含む。

本発明は、可変焦点光学要素の作動を含む任意の数の機能を行う電子システムを有する電動式コンタクトレンズに関する。電子システムは、１つ又は２つ以上の電池又は他の電源、電力管理回路、１つ又は２つ以上のセンサ、クロック発生回路、適当な制御アルゴリズムを実施する制御回路、及びレンズ駆動回路を含む。

レンズアクチュエータ又はレンズ駆動回路は、可変焦点光学部品を作動させるのに適したバイアスを発生させる。システムコントローラ、制御システム、又は制御回路によって作動され、電源管理回路からの電流を受け、クロック発生回路からのクロック信号を受信する。レンズアクチュエータ又はレンズ駆動回路は、１つ又は２つ以上の電源と、１つ又は２つ以上のバイアス発生器と、１つ又は２つ以上のスイッチング回路とを備える。レンズ駆動回路は、電池レベルの電圧を、可変焦点レンズを作動させるのに適したバイアスに変換する。また、例えば接地、高電圧、極性反転、及び浮遊電圧など、バイアスを可変焦点レンズに切り替えるための回路も含む。

例示的な一実施形態では、可変焦点光学部品は、焦点を変化させるのに高電圧を要するエレクトロウェッティングデバイスである。かかる可変焦点光学部品のレンズ駆動機構は、電池レベルの電圧を高電圧バイアスに、例えば２Ｖの入力から２５Ｖの出力に変換する。別の例示的な実施形態では、可変焦点光学部品は電気機械的又は電気流体デバイスである。かかる可変焦点光学部品のレンズ駆動機構は、例えば、特定の駆動波形、及びレンズ又は光学部品の状態のフィードバックを要する、エレクトロウェッティングデバイスに求められるレンズ駆動機構とは実質的に異なることがある。しかしながら、眼科用デバイスにおける機能は同じであり；即ち、レンズの可変焦点光学部品の焦点距離を電子的に制御する。更に別の例示的な実施形態では、可変焦点光学部品は、電流モードバイアスを要する液晶デバイスを含んでもよい。本発明はこの電流モードバイアスを利用しないが、利用することが可能であり、特定の用途及び利益を有してもよい。

本発明のレンズ駆動回路は、快適性又は着用性に大きな影響を与えることなく、コンタクトレンズなどの眼科用デバイス上又は眼科用デバイス内で利用されるようなサイズのパッケージで、安全で低コストな、長期かつ高い信頼性の電力を供給する。

電流消費を低減するため、眼科用デバイスのレンズ駆動機構に適用可能である、本発明によるいくつかの技術が使用される。電流は、レンズ駆動機構の要件を電動式レンズの可変焦点光学部品に対して注意深く合致させることによって低減され、電動式レンズの可変焦点光学部品の要件は、眼科用デバイスの要件に合致させられる。例えば、液体メニスカスレンズのスイッチング損失を防止するには、ＡＣ駆動の代わりにＤＣ駆動が用いられる。これは、いくつかの例示的実施形態では、連続可変焦点が必須ではないこと、又は既存のレンズ駆動機構の要件と実質的に異なることによって可能である。追加度数は、単純に度が入っていないもの（追加度数０）及び＋３の光学度数とすることができる。更に、眼科用デバイス用の特定の液体メニスカスレンズの設計によって、極性のトグル切替えの必要性が低減又は排除される。いくつかの例示的な実施形態では、レンズ駆動機構の出力は調整されず、制御ループの一部とはならない。広範囲の焦点距離をカバーする用途ではレンズ駆動機構の出力の厳密な調整が必要となりうるが、全ての眼科用用途において厳密な調整が必ずしも求められるわけではない。レンズの設計によって、所望の焦点距離の変化を実現するための広範囲の駆動電圧が可能となりうる。当業者には認識されるように、フィードバックシステムを除去することによってレンズ駆動機構が大幅に単純化され、それに対応してダイのサイズ及び電流消費が改善される。

電流消費は、レンズ駆動機構を眼科用途用に注意深く設計することによって更に低減される。能動電流は約３マイクロアンペアに低減される。待機電流及び保存電流はナノアンペア又はピコアンペアにまで低減される。これは、当該技術分野で知られている技術、並びに本明細書でより詳細に記載されるような革新的で新規な技術によって実現される。

眼科用途用にレンズ駆動機構をレンズと併せて設計することによって、レンズ駆動機構の更なる改良が可能となる。電動式レンズの可変焦点光学部品の作動電圧は低減されてもよく、それに対応して、レンズ駆動機構の出力電圧要件並びにレンズ駆動機構の電流及びサイズが低減される。電動式レンズの可変焦点光学部品の静電容量及び抵抗は最適化されてもよく、それによってレンズ駆動機構から求められる電流が少なくなる。この場合もやはり、レンズ駆動機構のサイズ及び電流消費が低減される。

眼科用途におけるレンズ駆動機構の適性にとって、サイズ及びパッケージングは極めて重要である。このため、集積化、レイアウト、及び相互接続は、特に眼科用途に使用するために設計されている。レンズ駆動機構の全ての構成要素は１つのシリコン集積回路すなわちＩＣ上に集積されていることにより、個別の表面実装コンデンサなどの外部構成要素が不要になる。しかしながら、外部構成要素が必要とされる場合がある点に留意することが重要である。ダイのサイズは様々な技術によって低減される。相互接続はウェハの後処理工程において追加され、具体的には眼科用途に合わせて設計される。ダイは、場合によっては３０〜１００ミクロンまで薄片化される。

本発明の上述及び他の特徴と利点は、添付図面に例証されるような、本発明の好ましい実施形態の以下のより詳しい記載から明白となるであろう。
本発明による例示的な可変焦点レンズシステムを示すブロック図である。 本発明による、可変焦点光学部品を有する電動式コンタクトレンズに結合された例示的なＨブリッジ回路を示す模式図である。 図２の例示的なＨブリッジ回路を示す模式図である。 本発明による第１の例示的なＨブリッジ／Ｈブリッジコントローラ回路を示す模式図である。 図４の第１の例示的なＨブリッジ／Ｈブリッジコントローラ回路の上側スイッチ及びレベルシフタ回路を示す模式図である。 図４の第１の例示的なＨブリッジ／Ｈブリッジコントローラ回路のターンオフスイッチ回路を示す模式図である。 本発明による第２の例示的なＨブリッジ／Ｈブリッジコントローラ回路を示す模式図である。 図７の第２の例示的なＨブリッジ／Ｈブリッジコントローラ回路の上側スイッチ及びレベルシフタ回路を示す模式図である。 図４の第２の例示的なＨブリッジ／Ｈブリッジコントローラ回路のターンオフスイッチ回路を示す模式図である。 本発明による電動式コンタクトレンズ用のレンズ駆動機構を含む例示的な電子インサートを示す模式図である。

従来のコンタクトレンズは、上記に簡潔に述べた様々な視力の問題を矯正する、特定の形状を有するポリマー構造である。機能性の向上を図るには、これらのポリマー構造に様々な回路及び構成要素を統合する必要がある。例えば、制御回路、マイクロプロセッサ、通信デバイス、電源装置、センサ、アクチュエータ、発光ダイオード、及び小型アンテナを、特別に設計された光電子素子を介してコンタクトレンズに統合して、視力を矯正するだけでなく、視力を向上させると共に、本明細書に説明するような追加の機能性を提供してもよい。電子及び／又は電動式コンタクトレンズは、ズームイン及びズームアウト機能によって、又は単純にレンズの屈折能力を変化させることによって、視力を向上させるように設計されてもよい。電子及び／又は電動式コンタクトレンズは、色及び解像度を向上させるように、文字情報を表示するように、会話をリアルタイムで字幕に翻訳するように、ナビゲーションシステムから視覚的キューを与えるように、また、画像処理及びインターネットアクセスを提供するように設計されてもよい。レンズは、着用者が低光量条件で見ることができるように設計されてもよい。適切に設計された電子部品及び／又はレンズ上の電子部品の配置により、可変焦点光学レンズを用いることなく例えば網膜に画像を投影することが可能となり、新規な画像ディスプレイを提供し、更には目覚ましアラートを提供することも可能となる。これらの機能若しくは類似の機能のいずれかの代わりに、又はそれらに加えて、コンタクトレンズは、着用者のバイオマーカー及びヘルスインジケータを非侵襲的に監視する構成要素を組み込んでもよい。例えば、レンズに内蔵されたセンサは、血液を採取する必要なく涙膜の成分を分析することによって、糖尿病患者が血糖レベルを定期的にチェックするのを可能にしてもよい。それに加えて、適切に構成されたレンズは、コレステロール、ナトリウム、及びカリウムのレベル、並びに他の生物学的マーカーを監視するセンサを組み込んでもよい。これを、無線データ送信器と連結することにより、医師が患者の血液化学にほぼ即時にアクセスすることが可能となって、患者が検査機関に赴いて血液を採取するために時間を浪費する必要がなくなる。それに加えて、レンズに内蔵されたセンサを利用して、眼に入射する光を検出することにより、周辺光条件を補償するか、又は瞬きのパターンを調べるのに使用することができる。

本発明は、可変焦点レンズ又は実行されてもよい任意の数の様々な機能を実施するように構成された他の任意のデバイスを作動させる電子システムを備えた、電動式眼科用レンズ又は電動式コンタクトレンズを対象とする。電子システムは、１つ又は２つ以上の電池又は他の電源、電力管理回路、１つ又は２つ以上のセンサ、クロック発生回路、適当な制御アルゴリズムを実施する制御回路、及びレンズ駆動回路を含む。これらの構成要素の複雑性は、レンズの必要な又は所望の機能性に応じて変動することがある。

レンズ駆動回路は、可変焦点レンズを作動させるのに適したバイアスを発生させる。システムコントローラ、制御システム、又は制御回路によって作動され、電源管理回路からの電流を受け、クロック発生回路からのクロック信号を受信する。レンズ駆動回路は、１つ又は２つ以上の電源と、１つ又は２つ以上のバイアス発生器と、１つ又は２つ以上のスイッチング回路とを備える。レンズ駆動回路は、電池レベルの電圧を、可変焦点レンズを作動させるのに適したバイアスに変換する。また、例えば接地、高電圧、極性反転、及び浮遊電圧など、バイアスをレンズに切り替えるための回路も含む。

上述したように、本発明は、多くの要素を備えるコンタクトレンズなどの眼科用デバイスに関し、レンズ駆動機構はこれらの構成要素の１つである。デバイスの適切な組み合わせによって、潜在的に無制限の機能性をもたらすことができるが、コンタクトレンズを構成する光学グレードの一片のポリマー上に余分な構成要素を組み込むことに伴う、多数の困難が存在する。一般に、多数の理由から、かかる構成要素をレンズ上に直接製造するのは困難であり、非平面の表面上に平面のデバイスを取り付け、相互接続することも困難である。一定の縮尺及び形状で製造することも困難である。レンズ上又はレンズ内に置かれる構成要素は、構成要素を眼上の液体環境から保護しながら、わずか１．５平方センチメートルの、より詳細には１７平方ミリメートルの透明ポリマー上に小型化及び統合される必要がある。また、追加の構成要素の厚さが加わるため、コンタクトレンズを着用者にとって快適かつ安全なものにすることも困難なことがある。

本明細書で上述したサイズに関する要件に加えて、コンタクトレンズに組み込まれる電子デバイスは、本質的に水性の環境で堅牢かつ安全に使用できるものでなければならない。涙は約７．４のｐＨを有し、約９８．２％が水分であり、１．８％が、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム、及び塩化物などの電解質を含む固形分である。これは、電子部品を導入するにはいささか過酷な環境である。また、コンタクトレンズは、少なくとも４時間、好ましくは８時間以上にわたって着用されるように一般的に設計されている。電子構成要素はエネルギーを必要とする。このエネルギーは、内蔵式電池を含む、任意の数の電源から供給されてもよい。電池及び他の潜在的エネルギー源は、これらのサイズでは可能性が限定されるため、レンズ駆動機構を含む全ての電子構成要素は、所定の期間（貯蔵寿命）にわたってアイドル状態に置かれた後でも所定の時間着用することができるよう、消費電力ができるだけ小さくなるように設計されることが好ましい。最後に、電子コンタクトレンズの全ての構成要素は、生体適合性であって安全なものでなければならない。したがって、コンタクトレンズに組み込まれる全ての電子部品は、上述の設計パラメータ、即ち、サイズ、水性溶液中における残存力、電力消費、及び安全性を全て満たさなければならない。本発明のレンズ駆動機構は、これらの要件を全て満たすものである。

可変焦点光学部品の多くの代替の例示的な実施形態が存在する点に留意することが重要である。例えば、可変焦点光学部品は、液晶技術、電気活性ポリマー技術、可変流体技術、及び液体メニスカス技術を利用して実施されてもよい。以下の詳細な説明では、可変焦点光学部品は液体メニスカスレンズを含む。上述したように、液晶光学部品を含む、可変焦点光学部品の代替の実施形態が利用されてもよいが、重要な点は、本発明に関して記載する回路、即ちＨブリッジ及びＨブリッジコントローラは、これらの可変焦点光学部品のいずれと共に利用されてもよいことである。本明細書で使用される「液体メニスカス」及び「エレクトロウェッティング」という用語は、本明細書では互換可能に用いられている。本発明の例示的な実施形態の説明をより深く理解するため、液体メニスカスレンズの概論を述べる。一般的な液体レンズは、２種類の不混和性の液体を含んだセルからなる。一方の液体が絶縁性かつ非極性のものであるのに対して、第２の液体は通常は例えば食塩水などの導電性水溶液である。液体はどちらも透明であり、異なる屈折率を有している。レンズの動作に対する重力の影響が最小限になるように、両方の液体が同じ密度を有することが好ましい。絶縁性の液体は液滴の形状とされ、絶縁性の液体が疎水性の薄い絶縁窓の上に乗るようにして絶縁窓と接触して置かれる。導電性の液体も、絶縁窓及び絶縁性の液体と接触して置かれる。透明電極がこの窓の外側に位置決めされる。電極と導電性の液体との間に電圧を印加すると、この同じ液体による表面の濡れ性が高まることにより、界面が変形して絶縁性の液滴の形状が変化し、これによりレンズの焦点距離が変化する。これは極めて詳細な説明であり、本発明の具体的な光学要素として解釈されるべきものではない。

例示的な一実施形態では、可変焦点光学部品は、焦点を変化させるのに高電圧を要するエレクトロウェッティングデバイスである。絶縁性及び導電性の液体のエレクトロウェッティング性、並びに絶縁窓の性質を所与として、例えば、液体メニスカスシステムを所望の接触角及び屈折に合わせて変形させるのに、高電圧を要することがある。かかる可変焦点光学部品のレンズ駆動機構は、電池レベルの電圧を高電圧バイアスに、例えば２Ｖの入力から２５Ｖの出力に変換する。別の例示的な実施形態では、可変焦点光学部品は電気機械的又は電気流体デバイスである。かかる可変焦点レンズのレンズ駆動機構は、例えば、特定の駆動波形、及びレンズ状態のフィードバックを要する、エレクトロウェッティングデバイスに求められるレンズ駆動機構とは実質的に異なることがある。しかしながら、眼科用デバイスにおける機能は同じであり、即ち、レンズの焦点距離を電子的に制御する。更に別の例示的な実施形態では、可変焦点レンズは、電流モードバイアスを要する液晶デバイスを含んでもよい。

エレクトロウェッティングレンズは、レンズの物理的構造に起因する特定量の静電容量を有している。導電性の食塩水相は、レンズの電気的接点の１つに接続される。この導電性の食塩水相は、誘電体によって、レンズの第２の電気的端子に接続された電極から分離される。したがって、誘電体の比誘電率及び厚さ、並びに電極の上に重なる食塩水の面積により、２つの端子間に静電容量が生じる。エレクトロウェッティングレンズを作動させるためには、端子電圧が焦点を変化させる作動の閾値を上回るまで静電容量を充電しなければならない。そのため、エレクトロウェッティングレンズの静電容量はレンズ駆動機構の設計において極めて重要である。当業者には知られているように、レンズ駆動機構の設計パラメータは、レンズ負荷及び予想される性能要件を考慮に入れるように最適化されてもよい。例えば、エレクトロウェッティングレンズを作動させる高電圧を生成するチャージポンプレンズ駆動機構では、クロック周波数及びコンデンサのサイズの１つ又は２つ以上を増大させることによって、チャージポンプがより多くの電流を供給することが可能となる。やはり当該技術分野で知られているように、電流供給能力を増大させることによって、コンデンサをより高速で充電することが可能となる。そのため、レンズ駆動機構のクロック周波数及びコンデンササイズは、可変焦点レンズの電気的効率及び作動時間に関して最適化されてもよい。他の電気的に可変のレンズ及びそれに対応するレンズ駆動機構に関して、同様の設計上の関連が存在する。

上述したように、任意の好適な可変光学部品が利用されてもよい点に留意することが重要である。上述の例では、液体メニスカス光学部品について記載されているが、液晶光学部品が好ましいことがある。電子制御の焦点距離を提供することに加えて、液晶光学部品はまた、電子制御の光透過及び偏光も提供してもよい。これらの事例では、液晶の屈折率を変調するか又は別の形で光学部品の焦点距離を変調するよりも、液晶レンズに印加される電圧によって、光透過率及び／又は偏光の状態を変調する。本発明のＨブリッジ制御回路は、任意の数の光学部品と共に利用されてもよく、したがって、以下の記載は光学部品ではなく回路自体に関する。

次に図１を参照すると、電源１００、電源管理回路１０２、システムコントローラ１０４、Ｈブリッジコントローラ１０６、レンズ電源装置１０８、Ｈブリッジ１１０、及び可変焦点レンズ１１２を備える、可変焦点電子眼科用レンズシステムの例示的な一実施形態が示されている。可変焦点レンズ１１２は、レンズの２つの電気的端子間に印加される作動電圧に応答して、例えば焦点距離など、焦点特性が変化する液体レンズであってもよい。上述したように、任意の好適な技術が利用されてもよい。２つの端子は、光学部品１１２の前面及び後面の端子に相当してもよい。作動電圧は、電源から供給される電圧よりも大幅に高いことがあり、例えば完全なレンズの作動の場合は２５ボルトであるが、電池はわずか２ボルトしか供給しない。電源１００は、電池、コンデンサ、又は蓄積された電荷を利用可能な使用電圧で供給する同様のデバイスであってもよい。いくつかの例示的な実施形態では、電源１００は、外部電源装置に連結した誘導電源であってもよい。電力管理回路１０２は、１つ又は２つ以上の電圧レギュレータと、電圧又は電流基準と、電子レンズシステムの他の構成要素に選択的に電力が供給されるようにするためのスイッチとを備えてもよい。システムコントローラ１０４は、マイクロコントローラ実行ソフトウェア、又は状態機械などのデジタル論理として実装されるデジタル制御システムを備え、また、制御システムに対する周期的タイミング信号を発生させるための振動子を更に備えてもよい。システムコントローラ１０４は、内部アルゴリズムに基づくか又はユーザによる外部制御下で（インターフェースは図示なし）、レンズ電源装置１０８及びＨブリッジコントローラ１０６に制御信号を提供する。レンズ電源装置１０８は、低い使用電圧で電源１００から電流を受け取り、可変焦点光学部品１１２の作動電圧と同じか又はそれを上回る、即ち可変焦点レンズ１１２の状態を変化させるのに十分な、高い出力電圧を発生する。レンズ電源装置１０８は、振動子を更に備える、又はシステムコントローラ１０４からクロック信号を受信してもよい。例示的な本実施形態では、レンズ電源装置１０８の出力部は、当該技術分野において広く知られているタイプの回路である、Ｈブリッジスイッチ回路１１０を通して可変焦点レンズ１１２に連結される。Ｈブリッジ１１０は、レンズ電源装置１０８の出力部と可変焦点レンズ１１２の端子それぞれとの間に、また可変焦点レンズ１１２の端子それぞれとシステムの電気的接地との間にスイッチを備える。Ｈブリッジ１１０の状態は、Ｈブリッジコントローラ１０６に印加されるシステムコントローラ１０４の制御信号のうち１つ又は２つ以上によって判断される。Ｈブリッジコントローラ１０６は、Ｈブリッジ１１０をシステムコントローラ１０４にインターフェース接続するように作用する。一般に、Ｈブリッジコントローラ１０６は、一般的に１．８ボルトの電圧で作動する低電圧デジタルコントローラ、例えばシステムコントローラ１０４から、高電圧Ｈブリッジ１１０へと制御信号をレベルシフトする。Ｈブリッジコントローラ１０６はまた、タイミング及び遅延回路、システムコントローラ１０４からのより少ない入力でＨブリッジ１１０への出力を管理する回路、並びに、関連技術分野では周知の短絡状態であるシュートスルーなど、Ｈブリッジ１１０における問題のある状態を防止する回路を含んでもよい。Ｈブリッジ１１０は、レンズ端子が開いた状態、接地に短絡された状態、又は一方の端子がレンズ電源装置１０８の出力部に連結されて電力供給され、他方が接地されるか若しくは逆の極性で電力供給される状態など、１つ又は２つ以上の状態に構成されてもよい。Ｈブリッジ１１０は、可変焦点レンズ１１２を通電して作動させ、可変焦点レンズ１１２を放電させてベース出力に戻し、かつ可変焦点レンズ１１２に供給されるバイアスの極性をトグル切替えする、便利な方法をもたらす。可変焦点光学部品の両方の端子を接地させることで、レンズ１１２の電荷が速やかに除去され、これによって可変焦点レンズ１１２が、絶縁性の高いシステムを通して電荷が徐々に消散する際の長い遅延を生ずる代わりに、通電されていない焦点状態に速やかに変化することが可能になる。システムコントローラ１０４は、例えば、１つの状態で長く電力供給されすぎたときに起こることがある過剰な電荷トラッピングを回避するため、Ｈブリッジ１１０の出力部の極性を周期的に反転させて、可変焦点レンズ１１２の性能を最適化してもよい。機能的ブロックは単に例証目的で図示され記載されているものであり、本明細書で記載される電子若しくは電動式眼科用デバイスで使用するように特に設計され構成されたレンズ駆動機構の基本原理に依存したまま、機能的ブロックが追加、除去、又は置換されてもよい点に留意することが重要である。

図２は、可変焦点レンズ２５０を有する電動式眼科用デバイスに連結された例示的なＨブリッジ回路２００を示している。Ｈブリッジ回路２００は、可変焦点レンズ２５０に印加される電位差を制御するのに特に有用であり、電圧を可変焦点レンズ２５０に切り替え、可変焦点レンズ２５０の両側で極性を反転させ、可変焦点レンズ２５０を接地するのに使用されてもよい。例示的なＨブリッジ２００は、Ｈブリッジコントローラ１０６及びシステムコントローラ１０４によって制御される、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）スイッチ２０２、２０４、２０６、及び２０８を備える。システムコントローラ１０４は、状態機械、又はレンズ駆動回路を制御することができる他のデバイスで置き換えることができる。Ｈブリッジコントローラ１０６は、システムコントローラ１０４とＨブリッジとの間のインターフェースであり、例えば、電圧を１．８Ｖの論理レベルから２５Ｖの出力に必要とされるゲート駆動レベルにシフトする。低電圧の論理レベルは約０．９Ｖの低さであってもよく、高レベルのゲート駆動電圧は１３〜６０Ｖの間で変動しうる点に留意することが重要である。Ｈブリッジを形成するＭＯＳＦＥＴスイッチ２０２、２０４、２０６、及び２０８のゲートに印加される電圧に関して固有の要件が存在することが、当業者には明白となるであろう。別の言い方をすれば、一般的なシステムコントローラからの低レベルの出力電圧では、高レベル側のスイッチ２０２及び２０４をターンオフするには不十分である。Ｈブリッジコントローラ１０６は、必要なレベル及び制御の翻訳を提供して、これら高レベル側のスイッチを動作させる。また、同じレッグの２つのスイッチ（２０２と２０８、又は２０４と２０６）が同時に閉じないことを確保することによって、電流消費を最適化することも必要である。可変焦点レンズ２５０はＨブリッジの出力部に接続している。Ｈブリッジの入力部は、レンズ電源装置１０８及び接地に接続している。レンズ電源装置１０６は、電圧増倍器、チャージポンプ、又は他の回路であってもよい。Ｈブリッジ１１０の要件、及びその実装に利用される技術に応じて、Ｈブリッジ１１０の実装及び制御のために更なる回路（図示なし）を要することがある。例えば、レンズ電源装置の出力レベル及びシステムで利用可能なバイアスに応じて、追加のスイッチを要することがある。

一般的な動作では、可変焦点レンズ２５０の一方の側が接地に接続され、他方の側はレンズ電源装置１０８に接続される。これを実現するために、Ｈブリッジを形成するスイッチ２０２、２０４、２０６、及び２０８は正しいオン／オフの組み合わせで作動される。例えば、スイッチ２０２及び２０６が閉じているがスイッチ２０４及び２０８が開いている場合、可変焦点レンズ２５０の左側がレンズ電源装置１０８に接続し、可変焦点レンズ２５０の右側が接地に接続する。これは、可変焦点レンズ２５０が充電され、したがって作動されている場合を表す。代替の事例では、可変焦点レンズは反対の極性で充電され、スイッチ２０４及び２０８が閉じ、スイッチ２０２及び２０６が開いた状態に設定される。可変焦点レンズ２５０の作動を停止するためには、スイッチ２０２及び２０４を開いた状態に設定し、スイッチ２０８及び２０６を閉じる。これにより、可変焦点レンズ２５０の両側で電位差がなくなり、可変焦点レンズ２５０の作動が停止する。別の潜在的に有用な状態は、可変焦点レンズ２５０の両側に電位を印加し、可変焦点レンズ２５０が電荷を蓄積できるようにし、次に、可変焦点レンズ２５０の接続を切断し、蓄積電荷のみで作動状態に維持できるようにすることである。これは、Ｈブリッジを形成するスイッチ２０２、２０４、２０６、及び２０８を全て開くことによって実施されてもよい。かかる状態により、可変焦点レンズ２５０が浮動している状態でレンズ電源装置１０８が使用不可にされた場合の電流消費を更に低減することができる。可変焦点レンズ２５０の静電容量及び抵抗、並びに電子システムの漏れを注意深く設計することにより、可変焦点レンズ２５０が何秒にもわたって電荷を蓄積することが可能となり、それによってレンズ電源装置１０８のデューティサイクルが、ひいては平均電流消費が大幅に低減される。

本発明をより良好に例証するために、図２のＨブリッジ回路２００の単純化された模式図が図３に示されている。レンズ電源装置１０８は可変焦点レンズ（図示なし）を作動させる必要がある。レンズ電源装置１０８は、任意の数のやり方で、例えば上述したようなチャージポンプを介して実現されてもよい。可変焦点レンズはまた、ＶＨ電圧をレンズ電源装置１０８から順極性又は正極性及び逆極性又は負極性でレンズに印加する、一連のスイッチであるＨブリッジ回路、並びに可変焦点レンズ端子を短絡する能力を要する。順極性及び逆極性の切替えは、ＭＯＳＦＥＴとして実装された４つのスイッチを備え、スイッチのうち２つが、最低電位（ＧＮＤ）を基準とするＮＭＯＳ（Ｎチャネル）スイッチ２０８及び２０６であり、２つがレンズ電源装置１０８からの最高電位ＶＨを基準とするＰＭＯＳ（Ｐチャネル）スイッチ２０２及び２０４である、標準的なＨブリッジ回路を使用して達成される。負荷、例えば可変焦点レンズは、Ｏ１及びＯ２端子に接続される。スイッチの両方の組は、制御電圧ＶＣが印加されて特定のスイッチを開放又は閉鎖し、それを開又は閉として設定することを要し、即ちＶＣが０に等しいと特定のスイッチを開く。制御回路電圧ＶＣは、図示されていない論理電源装置電圧ＶＬから得られる。ＮＭＯＳスイッチ２０８及び２０６は、ＩＮ１又はＩＮ２が基準ＧＮＤを上回るＶＣであって閉鎖されることを要し、ＰＭＯＳスイッチ２０２及び２０４は、ＩＰ１又はＩＰ２が基準ＶＨを下回るＶＣであって閉鎖されることを要する。

可変焦点レンズの順極性を達成するため、Ｏ１がＶＨ電位であり、Ｏ２がＧＮＤ電位である場合、ＩＰ１は電位ＶＨ−ＶＣに設定される。これによってＰＭＯＳスイッチ２０２が閉じられ、Ｏ１がＶＨに接続する。ＩＮ２はＶＣにＧＮＤを加えた電位に設定され、それによってＮＭＯＳスイッチ２０６が作動し、Ｏ２がＧＮＤに接続され、ＩＰ２は電位ＶＨに設定され、それによってＰＭＯＳスイッチ２０４が開き、ＩＮ１はＧＮＤ電位に設定され、それによってＮＭＯＳスイッチ２０８が開く。可変焦点レンズの逆極性を達成するため、Ｏ１がＧＮＤ電位であり、Ｏ２がＶＨ電位である場合、ＩＰ１はＶＨ電位に設定され、それによってＰＭＯＳスイッチ２０２が開き、ＩＮ２はＧＮＤ電位に設定され、それによってＮＭＯＳスイッチ２０６が開く。ＩＰ２はＶＨからＶＣを引いた電位に設定され、それによってＰＭＯＳスイッチ２０４が閉じ、Ｏ２がＶＨに接続され、ＩＮ１はＶＣにＧＮＤを加えた電位に設定され、それによってＮＭＯＳスイッチ２０８が開き、Ｏ１がＧＮＤに接続される。

一般に、この種のＨブリッジ回路では、ＶＣは接地をわずかに上回り、一般的なデジタル制御信号の電圧範囲内にあるので、ＶＣ電圧をＮＭＯＳスイッチ２０８及び２０６に印加することに問題はない。しかしながら、ＶＣ電圧をＰＭＯＳスイッチ２０２及び２０４に印加することは、一般的なデジタル制御信号を超える高電圧であるため、より複雑であり、新規な方策を要する一方で、本明細書に記載されているような眼科用途の追加の要件にも適合する。１つの解決策は、抵抗器ディバイダ及び／又はコンデンサディバイダとして実装されるレベルシフタを利用することであろう。別の解決策は、クロスカップル型レベルシフタを利用することであろう。しかしながら、本明細書に記載するような眼科用途は供給電流及びダイ面積に影響を受けやすいので、好適なレベルシフタの要件としては、高位若しくは低位状態のどちらかでＶＨにかかる定常状態電流がゼロであるか若しくは低いこと、ラッチアップ又は未知の状態の問題が少ないかゼロであること、追加の電圧レール若しくはレベルがないこと、全ての構成要素に対して安全な動作条件であること、複雑性が低いこと、及び切替え時間が十分であること（重要であるが必須ではない）が挙げられる。現在利用されている実現例はレベルシフタの機能を提供するが、現在知られている設計の中に、本明細書に記載する要件を全て満たすものはない。

本発明の例示的なＨブリッジ回路は、上述の要件、即ち、回路が適切なＶＣ電圧を生じさせてＰＭＯＳスイッチを駆動できること、回路が定常状態電流ドレインがない状態でＰＭＯＳスイッチのどちらか又は両方をターンオフすることができること、未知の状態の確率が低いこと、並びに複雑性が低いことという要件を全て満たす。ＰＭＯＳスイッチを制御する例示的な回路は、ＶＣ電圧として両端間に適切なＶＬ又は論理供給電圧を生成するレベルシフタセルであり、ＶＨを基準にしたとき、ゲート・ソース間電圧ｖｇｓ＿ＭＰ１及びｖｇｓ＿ＭＰ２としてＶＨ−ＶＣを生成してＰＭＯＳスイッチを閉じる。それに加えて、スイッチの完全な遮断は不可避であり、したがって追加の回路を使用して、ｖｇｓ＿ＭＰ１及びｖｇｓ＿ＭＰ２の両方がゼロにされ（短絡）、そのスイッチに対するゲート・ソース間電圧をゼロボルトにすることによって反対側のスイッチがオフにされる。例示的なＨブリッジ回路は、両方のスイッチをオフにする追加のレベルシフタセルを備える。完全かつ詳細な説明が以下に示される。

図４を参照すると、本発明によるＨブリッジ／Ｈブリッジコントローラ回路４００の第１の例示的な実施形態の模式図が示されている。また、図４には、システムコントローラ１０４及びレンズ電源装置１０８が示されている。Ｈブリッジ／Ｈブリッジコントローラ回路４００は、２つの上側スイッチ及びレベルシフタ回路４０２及び４０４と、下側ＮＭＯＳスイッチ２０６及び２０８と、遮断スイッチ回路４０６とを備える。上側スイッチ及びレベルシフタ回路４０２及び４０４はそれぞれ、ＰＭＯＳスイッチ２０２及び２０４と、レベルシフタセル４０８及び４１０とをそれぞれ備える。本明細書に記載する構成要素それぞれの詳細な説明が以下に示される。

図５は、上側スイッチ及びレベルシフタ回路４０２と構造及び動作が同一である、上側スイッチ及びレベルシフタ回路４０４の模式図である。説明を簡単にするため、回路４０４のみについて記載する。上側スイッチ及びレベルシフタ回路４０４は、バッファと、コンデンサ結合回路と、より詳細に後述するチャージポンプセル５００とを備える。バッファ５０８及び５１０は、システムコントローラ１０４からの隔離を提供し、コンデンサに必要な適切な駆動を提供する。コンデンサは、ＶＬ〜ＶＨの間で信号をレベルシフトし、電荷をチャージポンプセルに伝達する。能動電流のみがこれらのコンデンサを通るが、チャージポンプは電荷を追加するか又はやや中性なので、レベルシフトによって引き起こされる装荷は、負荷とは反対にソースとして作用するか、又は非常に高インピーダンスの負荷として作用する。この特徴又は機能性によって、この上側スイッチ及びレベルシフタ回路４０４に対する重要な要件が解決され；即ち、高インピーダンスであり、レンズ電源装置１０８を装荷しない。それに加えて、他の電源装置は不要であり、起動にはラッチアップ又はランピングの問題はなく、全体の設計はかなり単純である。

本発明にしたがって、任意の数のチャージポンプセル回路が利用されてもよい点に留意することが重要である。図５に示される例示的な実施形態では、レベルシフタセルは、セル５００を駆動する２つのレベルシフトコンデンサ５０２及び５０４が、後述するように各クロックエッジに１つずつある、クロスカップル型チャージポンプセル５００を含む。このクロスカップル型チャージポンプセルは、それ自体が独自のものではなく、他の設計が利用されてもよい。結果として、電荷がＶＬ電源装置からコンデンサ５０６に伝達され、それによって、コンデンサ５０６の一方の側がＶＨに拘束されるので、ＶＨを基準にしたＶＣ電圧を生成する。ＶＣ電圧はここでレベルシフトされ、ＰＭＯＳスイッチ２０４が効率的に、かつトランジスタ規格内で動作してもよい。

駆動装置バッファ５０８は、システムコントローラ１０４から入力を受け取り、ＶＬとＧＮＤとの間で大きさが切り替わる方形波出力をＰ１で生成する。駆動装置バッファ５１０は、システムコントローラ１０４から入力を受け取り、Ｐ１と同じであるがＰ１とは位相が１８０°ずれたＰ２で方形波出力を生成する。Ｐ１が低から高に向かっているとき、コンデンサ５０２からの電荷は、活性状態のトランジスタ５１２を介してＶＨに伝達され、結果として電荷がＶＨに加わる。同時に、Ｐ２は高から低に向かっており、それによってコンデンサ５０４が、現在活性状態であるトランジスタ５１４を通してコンデンサ５０６から電流を引き出し、結果として電荷がコンデンサ５０６に加わり、その両端間の電圧が増加する。反対のサイクルの間、Ｐ２が低から高に向かうと、コンデンサ５０４からの電荷が活性状態のトランジスタ５１６を介してコンデンサ５０６に伝達され、それによって電荷がＶＨに加わる（回路の電荷は中立に保たれる）。同時に、Ｐ１は高から低に向かっており、それによってコンデンサ５０２が、現在活性状態であるトランジスタ５１８を通してコンデンサ５０６から電流を引き出し、やはり電荷がコンデンサ５０６に加わる。

このプロセスにより、コンデンサ５０６に対する電圧が、いくつかのサイクルを通して、必要なＶＣ又はｖｇｓ＿ＭＰ２電圧まで連続的に増加する。コンデンサ５０６の一方の側でＶＨノードに加わる電荷があり、同時に他方の側は、負に向かう結合コンデンサによって充電されるので、ＶＨに対する電荷の変化全体は約ゼロであり、与えられる定常状態電流は非常に少なく、それによってレベルシフタは、ＶＨ電源に対して非常に高インピーダンスに見える。

ショットキーダイオード５１９及び５２０は、ＰＭＯＳデバイス５１２及び５１６において、ドレイン（Ｐ）、本体（Ｎ）、及び基板（Ｐ）の間からの寄生ＰＮＰデバイスの望ましくない影響を抑制するのに使用される。最初の充電の間、ドレインは本体より高電位であることができるので、この寄生ＰＮＰを作動させ、それによって回路が大幅に装荷されて分流経路が接地（基板）に戻る。ダイオード５１９及び５２０は、順方向電圧の方が低いため、ドレインを寄生ＰＮＰの本体接合部に分流するように作用し、それによって寄生ＰＮＰが作動するのを防ぐ。

次に図６を参照すると、ターンオフスイッチ回路４０６の模式図が示されている。ターンオフスイッチ回路４０６は、レベルシフタセル６００及び作動停止回路を備える。レベルシフタセルのチャージポンプを用いてスイッチを作動させるのは簡単であるが；チャージポンプは、作動信号が除去された後に迅速には停止しない。したがって、ＨブリッジスイッチのＰＭＯＳ部分を停止するため、別の回路である作動停止回路が必要とされる。また、図６には、レンズ電源装置１０８、２つのＰＭＯＳスイッチ２０２及び２０４、並びにレベルシフタセル４０８及び４１０も示されている。

図６に示されているように、作動停止回路に対して２つの部分がある。１つの作動停止回路はトランジスタ６０２及び６０４を備え、この回路は作動されていない側を作動停止するが、両側を同時に作動停止することはできない。例えば、レベルシフタセル４０８を作動させ、それによってＰＭＯＳスイッチ２０２が作動し、レベルシフタセル４１０が作動停止した場合、ｖｇｓ＿ＭＰ１は、トランジスタ６０４も作動させ、ｖｇｓ＿ＭＰ２をゼロにし、それによってＰＭＯＳスイッチ２０４を完全に作動停止するのに十分である。反対に、レベルシフタセル４１０を作動させ、それによってＰＭＯＳスイッチ２０４が作動し、レベルシフタセル４０８が作動停止した場合、ｖｇｓ＿ＭＰ２は、スイッチ６０２も作動させ、ｖｇｓ＿ＭＰ１電圧をゼロにし、それによってＰＭＯＳスイッチ２０２を完全に作動停止するのに十分である。

これは一方の側が活性である場合にのみ働くので、両側を同時にターンオフにするのには別の回路を要する。この回路は、ＰＭＯＳトランジスタ６０６及び６０８とレベルシフタセル６００とから成る。差分パルス波形をＩＮＦに加えることによって（同様にして、図５では主要スイッチ作動に使用されるもの、即ち、１８０°位相ずれしている２つの方形波）、レベルシフタセル６００が回路の両端間に電圧を生成し、それによって両方のトランジスタ６０６及び６０８が作動し、次いでｖｇｓ＿ＭＰ１及びｖｇｓ＿ＭＰ２信号を短絡することによって両方のＰＭＯＳスイッチ２０２及び２０４が作動停止する。

次に図７を参照すると、本発明によるＨブリッジ／Ｈブリッジコントローラ回路７００の第２の例示的な実施形態の模式図が示されている。また、図７には、システムコントローラ１０４、及び第１の例示的な実施形態とは異なる形で接続されたレンズ電源装置１０８も示されている。レベルシフタセル４０８及び４１０は、図４〜６に関して上述したものと同じであるが、接続は異なり、したがってその動作は異なる。より具体的には、レンズ電源装置１０８は、ＶＨをＰＭＯＳスイッチ２０２及び２０４の両方のゲートに供給し、レベルシフタセル４０８及び４１０は、それぞれのＰＭＯＳスイッチ２０２及び２０４のソース電圧を上昇することによって、ｖｇｓ＿ＭＰ１及びｖｇｓ＿ＭＰ２電圧を生成する。これは、第１の例示的な実施形態では、ソースがＶＨレベルで保たれ、ゲート電圧が低下して、レベルシフタセル４０８及び４１０を利用するという点で、第１の例示的な実施形態と異なる。この第２の例示的な実施形態は、第１の例示的な実施形態よりは複雑性が低いターンオフスイッチ回路７０２を含み、それをオフにする追加のレベルシフタセルを要しない。第１の例示的な実施形態に関する不利な点は、負荷に提供される電荷が、ＶＨに接続されたリザーバのコンデンサ５０６（図５を参照）ではなく、Ｈブリッジ制御回路の個々のレベルシフタセル４０８及び４１０によって提供される量に限定されることである。ターンオフスイッチ回路７０２の詳細な説明が図８を参照して以下に示される。

図８は、図７のＨブリッジ／Ｈブリッジ制御回路７００の第２の例示的な実施形態の上半分を示す模式図である。この構成の主な利点は自己ターンオフ効果であり、例えば、レベルシフタセル４０８を作動停止したときに起こるが、ｖｇｓ＿ＭＰ２がゼロになるほど完全には放電されない。Ｏ２上の負荷は、ソースによって供給されるドレインを通して電流を供給するためのＰＭＯＳスイッチ２０４に対する要求を生成する。残留しているｖｇｓ＿ＭＰ２電圧以外にＰＭＯＳスイッチ２０４のソースに存在する、レベルシフタセル４１０を介した供給はもうないので、ソースはゲート及びドレインに向かって引き下げられる。ｖｇｓ＿ＭＰ２はゼロボルトまで低減され、したがってＰＭＯＳスイッチ２０４を遮断する。ＰＭＯＳスイッチ２０２側は同様の方式で働くが、このノードから電流を引き出すＯ１に対する負荷によってＰＭＯＳスイッチ２０２のソースがそのゲート及びドレインに向かって引っ張られ、ｖｇｓ＿ＭＰ１電圧がゼロ電圧まで崩壊し、結果としてそれ自体がターンオフになる。更に、反対側のレベルシフタセルの作動停止を支援する、ＮＭＯＳトランジスタ８０２及び８０４を備えるＮＭＯＳクロスカップル型回路８００がある。レベルシフタセル４０８がオフであるが、ｖｇｓ＿ＭＰ１が完全にはゼロ電圧でない場合、レベルシフタセル４１０を作動させることは、ＮＭＯＳトランジスタ８０２のゲート・ソース間電圧に十分な電圧ＶＣを生成し、ＮＭＯＳトランジスタ８０４、及びしたがってレベルシフタセル４０８を作動させ、ｖｇｓ＿ＭＰ１をゼロ電圧にし、完全に遮断する。その逆にも働き、ｖｇｓ＿ＭＰ２がゼロボルトではなく、レベルシフタセル４０８が作動されている場合、ｖｇｓ＿ＭＰ１が生成され、ＮＭＯＳトランジスタ８０４を作動させてｖｇｓ＿ＭＰ２を短絡し、ＰＭＯＳスイッチ２０４を完全にターンオフするのに十分である。

レベルシフタセルは、バッファ、コンデンサ、及びチャージポンプを備える。バッファはコンデンサを駆動し、それがＶＬ電圧レベルとＶＨ電圧レベルとの間でレベルシフトし、チャージポンプに電荷を提供し、それが次にＶＣ電圧を生成して適切なスイッチを作動させる。能動電流のみがこれらのコンデンサを通り、その際、各クロックサイクルで、電荷がＶＨバスに接続されたチャージポンプ回路に追加されそこから除去されるので、定常状態の間の変化全体は約ゼロであり、したがってＶＨ電源に対して高インピーダンスに見える。ＶＨ電源から引き出される電流がほとんど又は全くないことは、回路の重要な要件である。それに加えて、他の電源装置は不要であり、起動にはラッチアップ又はランピングの問題はなく、かなり単純である。

異なるタイプのチャージポンプセルが本発明にしたがって利用されてもよいが、例示的なものは、セルを駆動する２つのコンデンサがあり、セルが、ＰＭＯＳスイッチ２０４の制御部に関して示される上側スイッチ及びチャージポンプ４０４として図９に示されるような、ただしＰＭＯＳスイッチ２０２の制御部にも等しく印加できる、ＰＭＯＳスイッチ２０２又はＰＭＯＳスイッチ２０４の両端にＶＣを生成する、チャージポンプクロスカップル型チャージポンプセルである。制御電圧ＶＣはＶＬにほぼ等しいので、安全で効率的なＶＣ電圧がスイッチの制御部に提供される。

図９を参照すると、駆動装置バッファ９０２及び９０４は、ＶＬとＧＮＤとの間で大きさが振動するＰ１の方形波出力と、Ｐ１と１８０°位相ずれしている出力Ｐ２とを生成する。Ｐ１が低から高に向かっているとき、コンデンサ９０６からの電荷は、活性状態のＰＭＯＳトランジスタ９１０を介してコンデンサ９０８に伝達され、結果として電荷はコンデンサ９０８に追加される。ＰＭＯＳトランジスタ９１０は、コンデンサ９１２が低に向かい、ＰＭＯＳトランジスタ９１０のゲートを低に引っ張ることによって作動される。同時に、Ｐ２は高から低に向かっており、それによってコンデンサ９１２が、現在活性状態であるＮＭＯＳトランジスタ９１４を通してＶＨから電荷を引き出す。ＮＭＯＳトランジスタ９１４は、コンデンサ９０６がＮＭＯＳトランジスタ９１４のゲート電圧を上昇させたことによって作動される。Ｐ１が高から低に向かっているとき、コンデンサ９０６からの電荷は、活性状態のＮＭＯＳトランジスタ９１６を通してＶＨから除去される。やはり、同時に、Ｐ２は低から高に向かっており、それによってコンデンサ９１２が、活性状態のＰＭＯＳトランジスタ９１８を通してコンデンサ９０８を充電して、コンデンサ９０８をチャージアップする。

このプロセスによって、コンデンサ９０８は、いくつかのサイクルを通して必要なｖｇｓ＿ＭＰ２電圧まで充電を増加させる。チャージポンプはソースを駆動するので、ＶＨ電源をほぼＶＬの分だけ上回るように出力電圧を上昇させるように作用する。また、必要に応じて負荷Ｏ２に伝達される電荷を供給する。更に、Ｐ１が低から高に向かっているとき、コンデンサ９０６は、活性状態のＰＭＯＳトランジスタ９１０を通してコンデンサ９０８をチャージアップし、同時にＰ２は高から低に向かい、ＶＨから電荷を除去し、その結果、高電圧回路に対する電荷全体はゼロであるか又はそれに近く、したがってＶＨ回路を全く若しくはほぼ充電しないという要件が満たされる。

反対のサイクルの間、Ｐ２が低から高に向かう場合、コンデンサ９１２からの電荷は、活性状態のＰＭＯＳトランジスタ９１８を介してコンデンサ９０８に伝達され、結果としてｖｇｓ＿ＭＰ２を生成する電荷が提供される。同時に、Ｐ１は高から低に向かっており、それによってコンデンサ９０６が、現在活性状態であるＮＭＯＳトランジスタ９１６を通してＶＨから電荷を引き出す。やはり、高電圧ノードＶＨに追加される電荷、及びそこから取り除かれる電荷はほぼ同じであり、結果として非常に高インピーダンスに見える。

ショットキーダイオード９１９及び９２０は、ＰＭＯＳデバイス９０１及び９０８において、ドレイン（Ｐ）、本体（Ｎ）、及び基板（Ｐ）の間からの寄生ＰＮＰデバイスの望ましくない影響を抑制するのに使用される。最初の充電の間、ドレインは本体より高電位であることができるので、この寄生ＰＮＰを作動させ、それによって回路が大幅に装荷されて分流経路が接地（基板）に戻る。ダイオード５１９及び５２０は、順方向電圧の方が低いため、ドレインを寄生ＰＮＰの本体接合部に分流するように作用し、それによって寄生ＰＮＰが作動するのを防ぐ。

次に図１０を参照すると、本発明の例示的な実施形態によるレンズ駆動機構を備える電子インサートを有する例示的なコンタクトレンズが示されている。例示的なコンタクトレンズ１０００は、電子インサート１００４を備える軟質プラスチック部分１００２を備える。この電子インサート１００４は、例えば作動に応じて近く又は遠くに焦点を合わせる、本明細書に記載される電子部品によって作動又は制御されるレンズ１００６を含む。回路１００８はインサート１００４上に実装され、１つ又は２つ以上の電気相互接続トレース１０１２を介して電池などの電源１０１０に接続される。電気相互接続トレース１０１２を介して更なる回路を接続することもできる。回路１００８は、１つ又は２つ以上のセンサ１０１４を含む、本明細書に記載される構成要素のいずれかを含んでもよい。

当業者であれば、可変焦点レンズシステムの更なる実施形態及び変形例が可能であることが認識されるであろう。電圧増倍器への入力は電源に直接連結されてもよく、又は電圧調整器の出力に連結されてもよい。システムは、レンズの端子電圧の柔軟な制御を提供するＨブリッジを備えてもよく、一組のＰＭＯＳ及びＮＭＯＳスイッチのみを備えた半分のＨブリッジを備えてもよく、一方の端子への単純なスイッチを備え、他方の端子が接地されていてもよく、スイッチを有さず、レンズが常に電圧増倍器の出力に対して一方向で結合されていてもよい。それぞれの変形例は、システムのコスト、面積、及び性能又は効率の間で異なるトレードオフをもたらす。

例示的な一実施形態では、電子部品及び電子相互接続は、コンタクトレンズの光学領域ではなく周辺領域に作られる。代替の例示的な実施形態によれば、電子部品の位置決めは必ずしもコンタクトレンズの周辺領域に限定されなくてもよい点に留意することが重要である。本明細書に記載される電子構成要素は全て、薄膜技術及び／又は透明材料を利用して製作されてもよい。技術が利用可能になるので、透明材料が利用されてもよい。これらの技術が利用される場合、電子構成要素は、光学部品と適合性がある限り、任意の好適な位置に配置されてもよい。

本明細書に記載された回路は、ハードウェア、ソフトウェア、又はハードウェアとソフトウェアとの組み合わせとして実現されてもよい点に留意することが重要である。それに加えて、本明細書で利用される回路基板は、柔軟なポリイミド基板上の銅トレースにニッケル／金の表面仕上げを施したものを含む、任意の好適な基板を含んでもよい。

ここで図示及び説明した実施形態は、最も実用的で好適な実施形態と考えられるが、当業者であれば、ここに図示及び開示した特定の設計及び方法からの変更はそれ自体当業者にとって自明であり、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく使用できることは明らかであろう。本発明は、記載し例証した特定の構成に限定されないが、添付の特許請求の範囲に含まれ得るすべての修正と一貫するように構成されているべきである。

〔実施の態様〕
（１） 眼科用装置であって、
眼内又は眼上の少なくとも一方で使用される眼科用レンズと、
前記眼科用レンズに組み込まれた光学要素であって、前記光学要素は視力矯正及び視力向上の少なくとも一方のために構成され、電子制御の焦点距離、電子制御の光透過、及び電子制御の偏光のうち１つ又は２つ以上を有する、光学要素と、
前記眼科用レンズに組み込まれた電子システムとを備え、前記電子システムが、
電源と、
前記光学要素に供給される電圧を制御し、前記光学要素に供給される電圧の極性を反転させ、前記光学要素を短絡するように構成されるＨブリッジ回路であって、前記Ｈブリッジ回路はＮチャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタとして実装される第１及び第２の下側スイッチと、第１及び第２の上側ＰチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチとを含む、Ｈブリッジ回路と、
レベルシフタセルを使用して前記第１及び第２の上側ＰチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチを制御するのに使用され、高インピーダンス回路であるように構成され、それによって前記電源の装荷を防ぐＨブリッジ制御回路であって、前記レベルシフタセルが、バッファと、コンデンサ結合回路と、チャージポンプセルとを備え、前記コンデンサが低電圧と高電圧との間でレベルシフトすると共に電荷を前記チャージポンプセルへと伝達し、前記チャージポンプセルが、前記第１及び第２の上側ＰチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチに対する作動電圧を提供し、能動ターンオフ回路が、制御スイッチを作動させる追加のレベルシフタ回路と、前記２つのレベルシフタセルの出力間にあり、それによって一度に前記第１及び第２の上側ＰチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチの一方のみがオンになることを確保する、クロスカップル型スイッチ回路と、を作動させることによって、必要に応じて前記第１及び第２の上側ＰチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチを作動停止するように設計された前記制御スイッチを備える、Ｈブリッジ制御回路と、
前記電子システムに対して制御及びタイミング信号を提供するように構成され、前記電源が、前記第１及び第２の上側ＰチャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタのソースと前記Ｈブリッジ制御回路とに対して電圧を提供する、システムコントローラと、
を含む、眼科用装置。
（２） 前記眼科用デバイスがコンタクトレンズを含む、実施態様１に記載の眼科用装置。
（３） 前記コンタクトレンズがソフトコンタクトレンズを含む、実施態様２に記載の眼科用装置。
（４） 前記コンタクトレンズがハイブリッドソフト／ハードコンタクトレンズを含む、実施態様２に記載の眼科用装置。
（５） 前記眼科用デバイスが眼内レンズを含む、実施態様１に記載の眼科用装置。

（６） 前記光学要素が少なくとも２つの焦点距離で動作する、実施態様１に記載の眼科用装置。
（７） 前記電子システムが集積回路上に実装されている、実施態様１に記載の眼科用装置。
（８） 前記光学要素が液体メニスカスレンズを含む、実施態様１に記載の眼科用装置。
（９） 前記光学要素が液晶レンズを含む、実施態様１に記載の眼科用装置。
（１０） 前記電源が電池を含む、実施態様１に記載の眼科用装置。

（１１） 前記集積回路が回路基板上に組み込まれている、実施態様７に記載の眼科用装置。
（１２） 前記回路基板が環状リングとして構成されている、実施態様１１に記載の眼科用装置。
（１３） 前記環状リングが、コンタクトレンズに組み込まれるための円錐部分に形成されている、実施態様１２に記載の眼科用装置。
（１４） 前記環状リングが、眼内レンズに組み込まれるための円錐部分に形成されている、実施態様１２に記載の眼科用装置。
（１５） 前記光学要素が少なくとも２つの光透過状態で動作する、実施態様１に記載の眼科用装置。

（１６） 前記光学要素が少なくとも２つの光偏光状態で動作する、実施態様１に記載の眼科用装置。
（１７） 眼科用装置であって、
眼内又は眼上の少なくとも一方で使用される眼科用レンズと、
前記眼科用レンズに組み込まれた光学要素であって、前記光学要素は視力矯正及び視力向上の少なくとも一方のために構成され、電子制御の焦点距離、電子制御の光透過、及び電子制御の偏光のうち１つ又は２つ以上を有する、光学要素と、
前記眼科用レンズに組み込まれた電子システムと、を備え、前記電子システムが、
電源と、
前記光学要素に供給される電圧を制御し、前記光学要素に供給される電圧の極性を反転させ、前記光学要素を短絡するように構成されるＨブリッジ回路であって、前記Ｈブリッジ回路はＮチャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタとして実装される第１及び第２の下側スイッチと、第１及び第２の上側ＰチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチとを含む、Ｈブリッジ回路と、
レベルシフタセルを使用して前記第１及び第２の上側ＰチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチを制御するのに使用され、高インピーダンス回路であるように構成され、それによって前記電源の装荷を防ぐＨブリッジ制御回路であって、前記レベルシフタセルが、バッファと、コンデンサ結合回路と、チャージポンプセルとを備え、前記コンデンサが低電圧と高電圧との間でレベルシフトすると共に電荷を前記チャージポンプセルへと伝達し、前記チャージポンプセルが、前記第１及び第２の上側ＰチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチに対する作動電圧を提供し、能動ターンオフ回路が、前記２つのレベルシフタセルの出力間にあり、それによって一度に前記第１及び第２の上側ＰチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチの一方のみがオンになることを確保する、クロスカップル型スイッチ回路を作動させることによって、必要に応じて前記第１及び第２の上側ＰチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチを作動停止するように設計された制御スイッチを備える、Ｈブリッジ制御回路と、
前記電子システムに対して制御及びタイミング信号を提供するように構成され、前記電源が、前記第１及び第２の上側ＰチャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタのゲートと前記Ｈブリッジ制御回路とに対して電圧を提供する、システムコントローラと、
を含む、眼科用装置。
（１８） 前記眼科用デバイスがコンタクトレンズを含む、実施態様１７に記載の眼科用装置。
（１９） 前記コンタクトレンズがソフトコンタクトレンズを含む、実施態様１８に記載の眼科用装置。
（２０） 前記コンタクトレンズがハイブリッドソフト／ハードコンタクトレンズを含む、実施態様１８に記載の眼科用装置。

（２１） 前記眼科用デバイスが眼内レンズを含む、実施態様１７に記載の眼科用装置。
（２２） 前記光学要素が少なくとも２つの焦点距離で動作する、実施態様１７に記載の眼科用装置。
（２３） 前記電子システムが集積回路上に実装されている、実施態様１７に記載の眼科用装置。
（２４） 前記光学要素が液体メニスカスレンズを含む、実施態様１７に記載の眼科用装置。
（２５） 前記光学要素が液晶レンズを含む、実施態様１７に記載の眼科用装置。

（２６） 前記電源が電池を含む、実施態様１７に記載の眼科用装置。
（２７） 前記集積回路が回路基板上に組み込まれている、実施態様２３に記載の眼科用装置。
（２８） 前記回路基板が環状リングとして構成されている、実施態様２７に記載の眼科用装置。
（２９） 前記環状リングが、コンタクトレンズに組み込まれるための円錐部分に形成されている、実施態様２８に記載の眼科用装置。
（３０） 前記環状リングが、眼内レンズに組み込まれるための円錐部分に形成されている、実施態様２８に記載の眼科用装置。

（３１） 眼科用装置であって、
眼内又は眼上の少なくとも一方で使用される眼科用レンズと、
前記眼科用レンズに組み込まれ、視力矯正及び視力向上の少なくとも一方のために構成され、電子制御の焦点距離、電子制御の光透過、及び電子制御の偏光のうち１つ又は２つ以上を有する、光学要素と、
前記眼科用レンズに組み込まれた電子システムと、を備え、前記電子システムが、
電源と、
前記光学要素に供給される電圧を制御し、前記光学要素を短絡するように構成されたスイッチング回路であって、前記スイッチング回路はＮチャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタとして実装される下側スイッチと、上側ＰチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチとを含む、スイッチング回路と、
レベルシフタセルを使用して前記上側ＰチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチを制御するのに使用され、高インピーダンス回路であるように構成され、それによって前記電源の装荷を防ぐスイッチング制御回路であって、前記レベルシフタセルが、バッファと、コンデンサ結合回路と、チャージポンプセルとを備え、前記コンデンサが低電圧と高電圧との間でレベルシフトすると共に電荷を前記チャージポンプセルへと伝達し、前記チャージポンプセルが、前記上側ＰチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチに対する作動電圧を提供し、能動ターンオフ回路が、制御スイッチを作動させる追加のレベルシフタ回路を作動させることによって、必要に応じて前記上側ＰチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチを作動停止するように設計された前記制御スイッチを備える、スイッチング制御回路と、
前記電子システムに対して制御及びタイミング信号を提供するように構成され、前記電源が、前記上側ＰチャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタのソースと前記Ｈブリッジ制御回路とに対して電圧を提供する、システムコントローラと、
を含む、眼科用装置。
（３２） 電子システムであって、
電源と、
前記光学要素に供給される電圧を制御し、前記光学要素に供給される電圧の極性を反転させ、前記光学要素を短絡するように構成されるＨブリッジ回路であって、前記Ｈブリッジ回路はＮチャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタとして実装される第１及び第２の下側スイッチと、第１及び第２の上側ＰチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチとを含む、Ｈブリッジ回路と、
レベルシフタセルを使用して前記第１及び第２の上側ＰチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチを制御するのに使用され、高インピーダンス回路であるように構成され、それによって前記電源の装荷を防ぐＨブリッジ制御回路であって、前記レベルシフタセルが、バッファと、コンデンサ結合回路と、チャージポンプセルとを備え、前記コンデンサが低電圧と高電圧との間でレベルシフトすると共に電荷を前記チャージポンプセルへと伝達し、前記チャージポンプセルが、前記第１及び第２の上側ＰチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチに対する作動電圧を提供し、能動ターンオフ回路が、制御スイッチを作動させる追加のレベルシフタ回路と、前記２つのレベルシフタセルの出力間にあり、それによって一度に前記第１及び第２の上側ＰチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチの一方のみがオンになることを確保する、クロスカップル型スイッチ回路と、を作動させることによって、必要に応じて前記第１及び第２の上側ＰチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチを作動停止するように設計された前記制御スイッチを備える、Ｈブリッジ制御回路と、
前記電子システムに対して制御及びタイミング信号を提供するように構成され、前記電源が、前記第１及び第２の上側ＰチャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタのソースと前記Ｈブリッジ制御回路とに電圧を提供する、システムコントローラと、
を備える、電子システム。

Claims (32)

1. 眼科用装置であって、
   眼内又は眼上の少なくとも一方で使用される眼科用レンズと、
   前記眼科用レンズに組み込まれた光学要素であって、前記光学要素は視力矯正及び視力向上の少なくとも一方のために構成され、電子制御の焦点距離、電子制御の光透過、及び電子制御の偏光のうち１つ又は２つ以上を有する、光学要素と、
   前記眼科用レンズに組み込まれた電子システムとを備え、前記電子システムが、
   電源と、
   前記光学要素に供給される電圧を制御し、前記光学要素に供給される電圧の極性を反転させ、前記光学要素を短絡するように構成されるＨブリッジ回路であって、前記Ｈブリッジ回路はＮチャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタとして実装される第１及び第２の下側スイッチと、第１及び第２の上側ＰチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチとを含む、Ｈブリッジ回路と、
   レベルシフタセルを使用して前記第１及び第２の上側ＰチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチを制御するのに使用され、高インピーダンス回路であるように構成され、それによって前記電源の装荷を防ぐＨブリッジ制御回路であって、前記レベルシフタセルが、バッファと、コンデンサ結合回路と、チャージポンプセルとを備え、前記コンデンサが低電圧と高電圧との間でレベルシフトすると共に電荷を前記チャージポンプセルへと伝達し、前記チャージポンプセルが、前記第１及び第２の上側ＰチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチに対する作動電圧を提供し、能動ターンオフ回路が、制御スイッチを作動させる追加のレベルシフタ回路と、前記２つのレベルシフタセルの出力間にあり、それによって一度に前記第１及び第２の上側ＰチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチの一方のみがオンになることを確保する、クロスカップル型スイッチ回路と、を作動させることによって、必要に応じて前記第１及び第２の上側ＰチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチを作動停止するように設計された前記制御スイッチを備える、Ｈブリッジ制御回路と、
   前記電子システムに対して制御及びタイミング信号を提供するように構成され、前記電源が、前記第１及び第２の上側ＰチャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタのソースと前記Ｈブリッジ制御回路とに対して電圧を提供する、システムコントローラと、
   を含む、眼科用装置。
2. 前記眼科用デバイスがコンタクトレンズを含む、請求項１に記載の眼科用装置。
3. 前記コンタクトレンズがソフトコンタクトレンズを含む、請求項２に記載の眼科用装置。
4. 前記コンタクトレンズがハイブリッドソフト／ハードコンタクトレンズを含む、請求項２に記載の眼科用装置。
5. 前記眼科用デバイスが眼内レンズを含む、請求項１に記載の眼科用装置。
6. 前記光学要素が少なくとも２つの焦点距離で動作する、請求項１に記載の眼科用装置。
7. 前記電子システムが集積回路上に実装されている、請求項１に記載の眼科用装置。
8. 前記光学要素が液体メニスカスレンズを含む、請求項１に記載の眼科用装置。
9. 前記光学要素が液晶レンズを含む、請求項１に記載の眼科用装置。
10. 前記電源が電池を含む、請求項１に記載の眼科用装置。
11. 前記集積回路が回路基板上に組み込まれている、請求項７に記載の眼科用装置。
12. 前記回路基板が環状リングとして構成されている、請求項１１に記載の眼科用装置。
13. 前記環状リングが、コンタクトレンズに組み込まれるための円錐部分に形成されている、請求項１２に記載の眼科用装置。
14. 前記環状リングが、眼内レンズに組み込まれるための円錐部分に形成されている、請求項１２に記載の眼科用装置。
15. 前記光学要素が少なくとも２つの光透過状態で動作する、請求項１に記載の眼科用装置。
16. 前記光学要素が少なくとも２つの光偏光状態で動作する、請求項１に記載の眼科用装置。
17. 眼科用装置であって、
    眼内又は眼上の少なくとも一方で使用される眼科用レンズと、
    前記眼科用レンズに組み込まれた光学要素であって、前記光学要素は視力矯正及び視力向上の少なくとも一方のために構成され、電子制御の焦点距離、電子制御の光透過、及び電子制御の偏光のうち１つ又は２つ以上を有する、光学要素と、
    前記眼科用レンズに組み込まれた電子システムと、を備え、前記電子システムが、
    電源と、
    前記光学要素に供給される電圧を制御し、前記光学要素に供給される電圧の極性を反転させ、前記光学要素を短絡するように構成されるＨブリッジ回路であって、前記Ｈブリッジ回路はＮチャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタとして実装される第１及び第２の下側スイッチと、第１及び第２の上側ＰチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチとを含む、Ｈブリッジ回路と、
    レベルシフタセルを使用して前記第１及び第２の上側ＰチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチを制御するのに使用され、高インピーダンス回路であるように構成され、それによって前記電源の装荷を防ぐＨブリッジ制御回路であって、前記レベルシフタセルが、バッファと、コンデンサ結合回路と、チャージポンプセルとを備え、前記コンデンサが低電圧と高電圧との間でレベルシフトすると共に電荷を前記チャージポンプセルへと伝達し、前記チャージポンプセルが、前記第１及び第２の上側ＰチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチに対する作動電圧を提供し、能動ターンオフ回路が、前記２つのレベルシフタセルの出力間にあり、それによって一度に前記第１及び第２の上側ＰチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチの一方のみがオンになることを確保する、クロスカップル型スイッチ回路を作動させることによって、必要に応じて前記第１及び第２の上側ＰチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチを作動停止するように設計された制御スイッチを備える、Ｈブリッジ制御回路と、
    前記電子システムに対して制御及びタイミング信号を提供するように構成され、前記電源が、前記第１及び第２の上側ＰチャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタのゲートと前記Ｈブリッジ制御回路とに対して電圧を提供する、システムコントローラと、
    を含む、眼科用装置。
18. 前記眼科用デバイスがコンタクトレンズを含む、請求項１７に記載の眼科用装置。
19. 前記コンタクトレンズがソフトコンタクトレンズを含む、請求項１８に記載の眼科用装置。
20. 前記コンタクトレンズがハイブリッドソフト／ハードコンタクトレンズを含む、請求項１８に記載の眼科用装置。
21. 前記眼科用デバイスが眼内レンズを含む、請求項１７に記載の眼科用装置。
22. 前記光学要素が少なくとも２つの焦点距離で動作する、請求項１７に記載の眼科用装置。
23. 前記電子システムが集積回路上に実装されている、請求項１７に記載の眼科用装置。
24. 前記光学要素が液体メニスカスレンズを含む、請求項１７に記載の眼科用装置。
25. 前記光学要素が液晶レンズを含む、請求項１７に記載の眼科用装置。
26. 前記電源が電池を含む、請求項１７に記載の眼科用装置。
27. 前記集積回路が回路基板上に組み込まれている、請求項２３に記載の眼科用装置。
28. 前記回路基板が環状リングとして構成されている、請求項２７に記載の眼科用装置。
29. 前記環状リングが、コンタクトレンズに組み込まれるための円錐部分に形成されている、請求項２８に記載の眼科用装置。
30. 前記環状リングが、眼内レンズに組み込まれるための円錐部分に形成されている、請求項２８に記載の眼科用装置。
31. 眼科用装置であって、
    眼内又は眼上の少なくとも一方で使用される眼科用レンズと、
    前記眼科用レンズに組み込まれ、視力矯正及び視力向上の少なくとも一方のために構成され、電子制御の焦点距離、電子制御の光透過、及び電子制御の偏光のうち１つ又は２つ以上を有する、光学要素と、
    前記眼科用レンズに組み込まれた電子システムと、を備え、前記電子システムが、
    電源と、
    前記光学要素に供給される電圧を制御し、前記光学要素を短絡するように構成されたスイッチング回路であって、前記スイッチング回路はＮチャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタとして実装される下側スイッチと、上側ＰチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチとを含む、スイッチング回路と、
    レベルシフタセルを使用して前記上側ＰチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチを制御するのに使用され、高インピーダンス回路であるように構成され、それによって前記電源の装荷を防ぐスイッチング制御回路であって、前記レベルシフタセルが、バッファと、コンデンサ結合回路と、チャージポンプセルとを備え、前記コンデンサが低電圧と高電圧との間でレベルシフトすると共に電荷を前記チャージポンプセルへと伝達し、前記チャージポンプセルが、前記上側ＰチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチに対する作動電圧を提供し、能動ターンオフ回路が、制御スイッチを作動させる追加のレベルシフタ回路を作動させることによって、必要に応じて前記上側ＰチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチを作動停止するように設計された前記制御スイッチを備える、スイッチング制御回路と、
    前記電子システムに対して制御及びタイミング信号を提供するように構成され、前記電源が、前記上側ＰチャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタのソースと前記Ｈブリッジ制御回路とに対して電圧を提供する、システムコントローラと、
    を含む、眼科用装置。
32. 電子システムであって、
    電源と、
    前記光学要素に供給される電圧を制御し、前記光学要素に供給される電圧の極性を反転させ、前記光学要素を短絡するように構成されるＨブリッジ回路であって、前記Ｈブリッジ回路はＮチャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタとして実装される第１及び第２の下側スイッチと、第１及び第２の上側ＰチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチとを含む、Ｈブリッジ回路と、
    レベルシフタセルを使用して前記第１及び第２の上側ＰチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチを制御するのに使用され、高インピーダンス回路であるように構成され、それによって前記電源の装荷を防ぐＨブリッジ制御回路であって、前記レベルシフタセルが、バッファと、コンデンサ結合回路と、チャージポンプセルとを備え、前記コンデンサが低電圧と高電圧との間でレベルシフトすると共に電荷を前記チャージポンプセルへと伝達し、前記チャージポンプセルが、前記第１及び第２の上側ＰチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチに対する作動電圧を提供し、能動ターンオフ回路が、制御スイッチを作動させる追加のレベルシフタ回路と、前記２つのレベルシフタセルの出力間にあり、それによって一度に前記第１及び第２の上側ＰチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチの一方のみがオンになることを確保する、クロスカップル型スイッチ回路と、を作動させることによって、必要に応じて前記第１及び第２の上側ＰチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチを作動停止するように設計された前記制御スイッチを備える、Ｈブリッジ制御回路と、
    前記電子システムに対して制御及びタイミング信号を提供するように構成され、前記電源が、前記第１及び第２の上側ＰチャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタのソースと前記Ｈブリッジ制御回路とに電圧を提供する、システムコントローラと、
    を備える、電子システム。

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