JP6862086B2

JP6862086B2 - 眼用装置

Info

Publication number: JP6862086B2
Application number: JP2015235708A
Authority: JP
Inventors: 治雄石川
Original assignee: Kowa Co Ltd
Current assignee: Kowa Co Ltd
Priority date: 2015-12-02
Filing date: 2015-12-02
Publication date: 2021-04-21
Anticipated expiration: 2035-12-02
Also published as: JP2017102293A

Description

本発明は、眼用装置、特に水晶体が本来有する焦点の調節機能が劣化した眼球に用いる眼用装置に関する。

白内障治療においてヒト混濁水晶体を置換して屈折を補正するために水晶体の代用として眼用レンズが実用に供されている。従来は、上記の白内障治療を受けた患者は、いわゆる正のパワーを有する眼鏡またはコンタクトレンズを装用したり、人工水晶体である眼内レンズを水晶体嚢内に挿入する手術を受けたりすることで、水晶体の屈折力を補っている。上記の白内障治療に用いられる光学素子には、単焦点レンズ、非球面レンズ、トーリックレンズ、多焦点レンズなど、様々な種類が存在する。

また、調節型と呼ばれる眼内レンズも実用に供されている。この調節型の眼内レンズにおいては、正のパワーを有するレンズと負のパワーを有するレンズを組み合わせたレンズの間隔を、毛様体筋よって変化させたり、当該レンズの曲率半径を変化させたりすることで、レンズの焦点距離が変化する。また、患者の瞳孔の大きさに応じて眼内に取り込まれる光の量を検知して調節力を変化させる眼内レンズや、度数を変更することが可能な液体レンズを用いる眼鏡も存在する。

国際公開第２０１５／０４０９５７号特許第５４１９００５号公報特開平１０−２５３８９８号公報特開平１０−１４４９７５号公報

ただし、これらの光学素子は、焦点位置が固定されており、水晶体が本来有する焦点の調節機能を実現できない。例えば、多焦点レンズは、例えば遠方、近方、中間視などの、複数の焦点を有するため、調節機能に代わる機能を有しているとも言えるが、各焦点の中間においては所望の視機能が実現できなかったり、ハローやグレアなどの回折による不自然な光の損失が原因となるコントラストの低下が生じたりする。

また、上述の調節型の眼内レンズは、眼内では上記のレンズの間隔や曲率半径が適切に調節できないという臨床結果も存在する。考えられる理由としては、後発白内障の発症や細胞の癒着など、眼内レンズ挿入後に生じる生体反応が原因で眼内レンズの動きが抑制されることや、一般に白内障を発症する患者はいわゆる高齢者であることが多く、患者の持つ調節力が衰えていることが挙げられる。

また、患者の瞳孔の大きさに応じて眼内に取り込まれる光の量を検知して調節力を変化させる眼内レンズにおいては、瞳孔の大きさの変化と遠方と近方とを見る動きとが連動しているとは必ずしも言えない。また、患者が高齢者である場合、瞳孔の変化が小さいために、眼内レンズが調節力を適切に変化させることができない場合もある。

また、液体レンズを用いて度数を変更する眼鏡を用いる場合、装用する患者が手動でレンズの度数を変更するため、液体レンズは任意の度数に対応可能な固定焦点レンズに相当
するものであって、焦点距離の調節機能が失われた眼球に対して広い焦点深度を提供するものではない。

本件開示の技術は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、手術等で無水晶体となった等の理由で、水晶体が本来有する焦点の調節機能が劣化した眼球の視機能を改善させる眼用装置を提供することである。

本件開示の眼用装置は、眼球の光学系の焦点距離を眼球の時間分解能より短い時間間隔で変化させる素子を有する。これにより、当該眼用装置の装用者は、水晶体の調整力が劣化している場合でも遠方から近方の範囲にわたってピントの合った像を脳に伝達させることができる。なお、本発明において水晶体の調節機能（調整力）が劣化するとは、手術等で無水晶体となることで水晶体の調節機能（調整力）を完全に失った場合の他、老化や病気等の理由により水晶体の調節機能（調整力）が弱くなった場合も含む。

また、上記素子は、眼球の光学系内に挿入され焦点距離を電気的に変化させることができるレンズと、所定の増減幅で変化する電力を上記の時間間隔でレンズに供給する電力供給部を有する構成としてもよい。あるいは、上記素子は、眼球の角膜に空気を上記の時間間隔で噴射する空気噴射部を有する構成としてもよい。あるいは、上記素子は、眼球の角膜前面に放射される超音波を上記の時間間隔で発生する超音波発生部を有する構成としてもよい。

さらに、上記のレンズはソフトコンタクトレンズであり、レンズと眼球の角膜との間に涙液層が形成されてもよい。あるいは、上記の電力供給部は、レンズに設けられた光透過性を有する太陽電池としてもよい。あるいは、上記のレンズは、光透過性を有する圧電性物質含んで形成されるようにしてもよい。あるいは、上記のレンズは、眼球の虹彩の後段に挿入される眼内レンズとしてもよい。

本件開示の技術によれば、無水晶体眼の眼球の視機能を改善させる眼用装置を提供することができる。

本発明における実験に用いられる装置の一例を示す図である。本発明における実験に用いられる装置の一例を示す図である。一実施例における眼用装置の概略構成を例示する図である。一実施例における眼用装置の概略構成を例示する図である。一実施例における眼用装置の概略構成を例示する図である。一実施例における眼用装置の概略構成を例示する図である。一実施例における眼用装置の概略構成を例示する図である。一変形例における眼用装置の概略構成を例示する図である。一変形例における眼用装置の概略構成を例示する図である。一変形例における眼用装置の概略構成を例示する図である。

以下に、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

ヒトの眼は、常に３０〜１５０Ｈｚの振動数で振動していることが知られている。これは、焦点を振動させることで、任意の方向にすばやくピント調節を行うことができるようにするためと考えらえる。また、蛍光灯などの照明器具は、供給される電源の周波数に応
じて高速で点滅しているが、ヒトの眼には当該点滅は感知されない。すなわち、ヒトの脳には、３０Ｈｚ以上の振動数で振動する像は、振動する像としてではなく、連続的に動く像として認識される。

また、ハイブリッドイメージと呼ばれるヒトの錯視を利用する画像が存在する。これは、高周波成分のみで描画された画像、すなわち画像内の対象の輪郭を際立たせた画像と、低周波成分のみで描画された画像、すなわち画像内の対象の輪郭をぼかした画像とを合成した画像である。輪郭がぼけている画像と輪郭が際立っている画像とを互いに重ね合わせた場合、ヒトの眼には輪郭の際立っている画像が認識されやすく、輪郭がぼけている画像は認識されにくい。すなわち、ヒトの視機能によれば、輪郭の際立っている像が脳に伝達されていれば、輪郭がぼけている像が存在しても、輪郭の際立っている像が認識されると考えられる。

一方、ハイブリッドイメージを眼から離していくと、眼には、高周波成分のみで描画された画像の微細な各要素がぼやけて見えにくくなり、低周波成分のみで描画された画像の要素の方が見えやすくなる。すなわち、調節機能が劣化した眼球でピントの合った画像と、当該画像より近方にあるピントのずれた画像とを見た場合、眼には、ピントの合った画像が認識されやすく、近方のぼやけた画像は認識されにくいと考えられる。

そこで、調節機能が劣化した眼球に、３０Ｈｚ以上の振動数で焦点が移動する可変焦点型の光学素子を適用するなど、眼球の光学系の焦点距離を３０Ｈｚ以上で変動させることにより、変動範囲内の複数の焦点距離に同時にフォーカスを合わせることができ、脳には、当該焦点距離の変動範囲内にある像のピントが合っていると認識される。すなわち、眼球の調節機能が失われている場合でも、上記の構成を採用することで、脳には、近方から遠方までピントの合った像を伝達させることができる。

本実施形態においては、光学素子の焦点距離を高速で変動させることにより、眼球の調節機能が劣化している場合でも、広い焦点距離の範囲内で焦点を合わせることができ、かつ、固定焦点の多焦点レンズを用いた場合のような視機能が低下する中間域は存在せず、ハローやグレアなどの不具合を良好に回避することができる。なお、本実施形態に係る眼用装置の具体的な構成については後述する。

次に、眼球の光学系における焦点距離が高速で変動する場合に像がどのように見えるかについて、以下の実験装置を用いたシミュレーションを行う。本実施形態では、図１に示す実験装置１を使用する。まず、互いに異なる指標が記されている２枚のチャート１０、２０を互いに２．３ｍｍ離して振動試験機３０に固定する。チャート１０は光透過性を有する四角形の板状部材であり、チャート１０の四隅付近にそれぞれ格子図形が付されている。また、チャート２０も光透過性を有する四角形の板状部材であり、チャート２０の中央付近に格子図形が付されている。チャート１０、２０の大きさは互いに同一であるとする。ここで、振動試験機３０は、チャート１０、２０を５０Ｈｚ以上の振動数で振動させることが可能な装置である。なお、図１においては、チャート１０、２０に付されている格子図形は同一模様として示す。

チャート１０、２０の前段には、光源４０が設置されている。光源４０は、一例としてハロゲンランプ４０ａおよび集光レンズ４０ｂを有する。チャート１０、２０に十分な光量の光が照射されるように、光源４０の位置、光源４０の出射光量、集光レンズ４０ｂの光軸の向きなどが調整される。また、チャート１０、２０の後段には、単焦点レンズ５０が配置される。単焦点レンズ５０は、焦点距離ｆが１６ｍｍ、絞り値Ｆが１．８のレンズである。なお、単焦点レンズ５０の絞りは開放（Ｆ１．８）で使用する。集光レンズ４０ｂと単焦点レンズ５０の光軸方向は同一である。そして、振動試験機３０は、チャート１
０、２０を、集光レンズ４０ｂと単焦点レンズ５０の光軸方向において前後に振動させる。なお、チャート１０、２０は、集光レンズ４０ｂと単焦点レンズ５０の光軸方向において、互いに重なり合うように振動試験機３０に固定される。

また、単焦点レンズ５０の後段には、スクリーン６０が設置されている。単焦点レンズ５０を透過した光は、スクリーン６０に到達する。単焦点レンズ５０のピントは、振動試験機３０によりチャート１０、２０が振動している間に、交互に一方のチャートに合うように設定されている。したがって、振動試験機３０によりチャート１０、２０が振動しているときに、スクリーン６０には一方のチャートにピントが合った像と他方のチャートにピントが合った像とが交互に繰り返し現れる。

上記のように構成された実験装置１において、振動試験機３０を約６０Ｈｚの振動数で集光レンズ４０と単焦点レンズ５０の光軸方向に振動させ、スクリーン６０に投影されるチャート１０、２０の像を目視により観察した。この結果、振動試験機３０を動作させず、単焦点レンズ５０の焦点をチャート１０、２０の一方のチャートに合わせる場合は、両方のチャート１０、２０の像を同時にスクリーン６０で認識することはできなかった。しかし、振動試験機３０によりチャート１０、２０を振動させる場合は、両方のチャート１０、２０の像を同時にスクリーン６０で認識することができた。この実験を行った光学系においてチャート位置を光軸方向に振動させることは、光学素子の焦点距離を変化させることに相当する。

次に、図２に示す実験装置２を用いて上記と同様の実験を行う。なお、実験装置２において実験装置１と同じ構成については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。実験装置２においては、チャート１０、２０と単焦点レンズ５０との間に液体レンズ７０を配置する。液体レンズ７０は、一例としてＯｐｔｏｔｕｎｅ社製ＥＬ−８−１６を用いる。液体レンズ７０は、印加される電流の大きさに応じて焦点距離が変化する。なお、実験装置２においては振動試験機３０は不要である。

実験装置２においては、チャート１０、２０を集光レンズ４０ｂと単焦点レンズ５０の光軸方向において互いに０．７ｍｍ離して固定する。なお、実験装置２においてチャート１０、２０の間隔を０．７ｍｍにすることは約５Ｄ（Ｄｉｏｐｔｅｒ）程度の焦点深度に相当する。

実験装置２においては、光源４０から射出された光は、集光レンズ４０ｂを経由してチャート１０、２０、液体レンズ７０、単焦点レンズ５０の順に透過してスクリーン６０に到達する。液体レンズ７０に印加される電流の電流値については、０ｍＡのときにスクリーン６０にチャート１０、２０の一方に付されている格子図形が投影され、５０ｍＡのときにスクリーン６０にチャート１０、２０の他方に付されている格子図形が投影されるように液体レンズ７０を構成する。また、液体レンズ７０に印加される電流値は、０ｍＡから５０ｍＡの間を３５Ｈｚの周波数で変化するように構成する。

上記のように構成された実験装置２においてスクリーン６０に投影されるチャート１０、２０の格子図形の像を目視により確認したところ、両方のチャート１０、２０の格子図形の像をスクリーン６０において認識することができた。また、液体レンズ７０に対する電流の印加を開始した直後よりも、開始後一定時間観察し続けた後の方が、スクリーン６０に投影されるチャート１０、２０の格子図形の像をより良好に認識することができることがわかった。また、スクリーン６０に投影されるチャート１０、２０の格子図形のうち、チャートの中央にいくほど像がより鮮明に現れ、チャートの周辺にいくほど像が劣化して現れることがわかった。これは、液体レンズ７０の焦点距離の変化に伴って像の倍率が変化することによるものと考えられる。

上記の実験結果を踏まえ、本実施形態に係る実施例を以下に説明する。

（実施例１）
本実施形態の実施例１に係る眼用装置の一例としての眼鏡レンズ１００について図３を参照しながら説明する。眼鏡レンズ１００は、電圧または電流の変化に伴って曲率半径または屈折率が変化することで眼球１６０の光学系の焦点距離を変化させる光学素子である。眼鏡レンズ１００が、眼球の光学系内に挿入される焦点距離を電気的に変化させることができるレンズの一例に相当する。眼鏡レンズ１００には電源供給ユニット１１０および任意波形発生器１２０が接続されている。なお、電源供給ユニット１１０および任意波形発生器１２０が、所定の増減幅で変化する電力を眼球の時間分解能より短い時間間隔でレンズに供給する電力供給部の一例に相当する。任意波形発生器１２０としてはファンクションジェネレータが例示される。電源供給ユニット１１０および任意波形発生器１２０により、眼鏡レンズ１００には、３０Ｈｚ以上、好ましくは６０Ｈｚ以上の周波数で変化する電圧または電流が供給される。

眼鏡レンズ１００としては、いわゆるダイナモルフレンズや、液体レンズであるＯｐｔｏｔｕｎｅ社製ＥＬ−８−１６などのように、上記の周波数で焦点距離、すなわち屈折力が変化するレンズを採用することができる。なお、ダイナモルフレンズとは、液体同士の界面を高精度屈折面として利用し、積層型ピエゾ素子により液体に圧力を加えることで焦点距離が変化する可変焦点レンズである。眼鏡レンズ１００の屈折力の変化が５Ｄ以上となるように構成されていると、いわゆる若年者の平均的な眼球が有する調節力を眼鏡レンズ１００により実現できると考えられる。

電源供給ユニット１１０および任意波形発生器１２０は、眼鏡レンズ１００の焦点距離（屈折力）を変化させる電圧または電流を眼鏡レンズ１００に供給でき、１秒間に３０回以上、このましくは１秒間に６０回以上、眼鏡レンズ１００の屈折力を５Ｄ以上変化させることが可能な電圧または電流を経時的に増減することができる装置であればよい。

上記の眼鏡レンズ１００を任意の材質、形状、デザイン等で作製された眼鏡フレーム１３０に設けて、眼鏡１４０として装用することで、眼鏡１４０の装用者は、水晶体の調整力が失われている場合でも遠方から近方の範囲にわたってピントの合った像を脳に伝達させることができる。

好ましくは、眼鏡レンズ１００は、φ３．０ｍｍ以下の開口絞りを有する。または、眼鏡レンズ１００は、人の虹彩より小さい開口絞りを有する。眼鏡レンズ１００を含む眼球光学系においては、焦点距離が変化する光学素子の位置が光束を制限する絞りの位置に近いほど、焦点距離の変化による像の大きさの変化は小さくなるため、より良好な視界を装用者に提供できると言える。眼鏡の場合は目線の変化により使用する光学部領域が異なるため、複数の開口絞りを有してもよい。

また、好ましくは、上記の通り構成された眼鏡１４０に視野絞り１５０を設ける。眼鏡レンズ１００を含む眼球光学系においては、焦点距離の変化に伴う像の大きさ（倍率）の変化は、眼鏡レンズ１００の光軸付近よりも軸外の周辺部の方が大きい。したがって、本実施例に係る眼鏡に視野絞りを設けて、装用者の視野を制限することにより、眼鏡に複雑な光学部領域を設けることなく、像の倍率の変化を小さくして装用者に認識される像の劣化を低減することができる。なお、本実施例においては、眼鏡レンズ１００のみをフレーム１３０に保持させ、他の構成を別体として、例えば装用者の身体に着用することとしてもよい。

（実施例２）
本実施形態の実施例２に係る眼用装置の一例としてのコンタクトレンズ２００について図４を参照しながら説明する。コンタクトレンズ２００には、電圧または電流の変化に合わせてコンタクトレンズ２００の曲率半径または屈折率を変化させる電気回路２１０がプリントされている。コンタクトレンズ２００が、眼球の光学系内に挿入される焦点距離を電気的に変化させることができるレンズの一例に相当する。コンタクトレンズ２００の曲率半径または屈折率が変化することで眼球２６０の光学系の焦点距離が変化する。電気回路２１０には、電源供給ユニット２２０およびファンクションジェネレータなどの任意波形発生器２３０が電気的に接続されている。電源供給ユニット２２０および任意波形発生器２３０が、所定の増減幅で変化する電力を眼球の時間分解能より短い時間間隔でレンズに供給する電力供給部の一例に相当する。電源供給ユニット２２０および任意波形発生器２３０により、電気回路２１０には、３０Ｈｚ以上、好ましくは６０Ｈｚ以上の周波数で変化する電圧または電流が、有線または無線により供給される。

コンタクトレンズ２００としては、いわゆるスマートコンタクトレンズのように、コンタクトレンズの外部と電気的な情報を交換することができるコンタクトレンズであり、電気的な情報の交換に基づいて焦点距離（屈折力）を変化させることが可能なコンタクトレンズであればよい。

また、例えば、ズーム可能なコンタクトレンズを用いることもできる。当該コンタクトレンズにはズーム機能が搭載されている。また、コンタクトレンズは、ズーム機能が設けられている領域と反射望遠鏡が設けられていない領域とを有する。

また、当該コンタクトレンズの装用者は、液晶ガラスを搭載した眼鏡も装用する。当該眼鏡は、コンタクトレンズに搭載されているズーム機能と連動する。具体的には、液晶ガラスの電源がオンになると、液晶ガラスに入射した光が偏光されて反射望遠鏡が設けられている領域に進行する。ズーム機能が設けられている領域に進行した光により形成される像は、例えば望遠機能により拡大される。また、液晶ガラスの電源がオフになると、液晶ガラスに入射した光が偏光されてズーム機能が設けられていない領域に進行する。ズーム機能が設けられていない領域に進行した光により形成される像は、ズーム機能により拡大されることなく装用者に認識される。したがって、液晶ガラスの電源を３０Ｈｚ以上、好ましくは６０Ｈｚ以上の周波数でオンとオフを繰り返すことにより、コンタクトレンズおよび液晶ガラスの装用者は、水晶体の調整力が劣化している場合でも遠方から近方の範囲にわたってピントの合った像を脳に伝達させることができる。なお、本実施例においては、コンタクトレンズと眼鏡の機能、役割を逆にしても構わない。

また、本実施例では上記の実施例１と同様、好ましくは、コンタクトレンズ２００は、φ３．０ｍｍ以下の開口絞りを有する。または、コンタクトレンズ２００は、人の虹彩より小さい開口絞りを有する。コンタクトレンズ２００を含む眼球光学系においても、焦点距離が変化する光学素子の位置が光束を制限する絞りの位置に近いほど、焦点距離の変化による像の大きさの変化は小さくなるため、より良好な視界を装用者に提供できると言える。したがって、コンタクトレンズ２００が有する絞り径を、装用者の眼球の虹彩よりも小さくなるように構成することが好ましい。

また、好ましくは、上記の通り構成されたコンタクトレンズ２００に視野絞りを設けてもよい。コンタクトレンズ２００を含む眼球光学系においても、焦点距離の変化に伴う像の大きさ（倍率）の変化は、コンタクトレンズ２００の光軸付近よりも軸外の周辺部の方が大きい。したがって、本実施例に係るコンタクトレンズに視野絞りを設けて、装用者の視野を制限することにより、像の倍率の変化を小さくして装用者に認識される像の劣化を低減することができる。

（実施例３）
本実施形態の実施例３に係る眼用装置の一例としての空気噴流発生装置３００について図５を参照しながら説明する。空気噴流発生装置３００は、例えば眼圧計のように空気噴流の空気圧よって眼球３６０の角膜３６０ａの形状を一時的に変形させる装置である。空気噴流発生装置３００は、眼球の角膜に空気を眼球の時間分解能より短い時間間隔で噴射する空気噴射部３００ａを有する。一般に眼圧計は、瞬間的に噴射された空気噴流を角膜３６０ａに当てて角膜３６０ａを一時的に変形させ、元の形状に復帰するまでの時間を計測することで眼圧を算出する。一般的なヒトの眼球の角膜における変形からの復元時間は、１０〜２０ｍｓであることが知られている。そこで、角膜３６０ａの変形からの復元時間に合わせて空気噴流を角膜３６０ａに当てることで、角膜３６０ａは変形と復元を繰り返すと考えられる。したがって、本実施例では、空気噴流発生装置３００により角膜３６０ａが変形および復元することで眼球３６０の光学系の焦点距離が変化する。

ここで、空気噴流発生装置は眼鏡のように眼球の直前に配置する構成以外にも、空気
噴流が届く範囲で角膜から離れていてもよい。例えば会議等でスクリーンとＰＣ（Personal Computer）を見る場合には、装置の使用者の目前の机上に空気噴流発生装置を配置し
、眼球の動きを画像処理などを用いて追跡しながら、追跡結果に基づいて空気噴流発生装置から角膜に空気を噴射してもよい。また、使用者が調節機能を必要とした場合に空気噴流発生装置を使用できるよう、空気噴流発生装置を手で持つ構成にしてもよい。また、乗用車などに空気噴流発生装置を設け、運転の際に空気噴流発生装置を使用することを想定した場合は、ハンドルや計器付近に空気噴流発生装置を配置してもよい。

角膜は、空気噴流が当てられていない状態では所定の曲率を有するが、空気噴流が当てられると、角膜の形状が略平面になるまで変形することが知られている。また、一般に角膜の屈折力は約４３Ｄであることが知られている。これらのことから、空気噴流による角膜表面の形状の変化が約４０Ｄの変化に相当すると考えられる。

そこで、本実施例では、空気噴流発生装置３００において空気噴流の発生間隔を上記の復元時間に合わせて設定して、空気噴流を角膜３６０ａに当てることで、角膜３６０ａの形状の変形と復元を繰り返し行うことができる。このように角膜３６０ａの形状が変形と復元を繰り返すことで、空気噴流発生装置３００の使用者の水晶体の調整力が失われている場合でも遠方から近方の範囲にわたってピントの合った像を脳に伝達させることができる。

なお、一般的な角膜前面の曲率半径が７．７ｍｍである場合に、曲率半径が８．５ｍｍまで大きくなると眼球の屈折力は約５Ｄだけ変化すると考えられる。この場合に、角膜頂点の位置は角膜の曲率中心に向かって約２０μｍだけ移動すると考えられるが、この移動量は、上記の空気噴流による最大の形状変化量よりは小さいと考えられる。

（実施例４）
本実施形態の実施例４に係る眼用装置の一例としての超音波集束装置４００について図６を参照しながら説明する。超音波集束装置４００は、非接触作用力としての超音波を発生する装置である。超音波集束装置４００は、例えば数十ｍＮの非接触作用力を発生する。なお、超音波集束装置４００は、眼球の角膜前面に集束する超音波を時間間隔で発生する超音波発生部４００ａを有する。

角膜の変形のしやすさは眼圧の大きさに影響する。一般的な眼圧の正常範囲は１０〜２１ｍｍＨｇ（１３３３〜２８００Ｐａに相当）であることが知られている。また、一例として、眼圧計のＪＩＳ（Japanese Industrial Standards）によれば、空気噴流によって
形状を変化させることが許容される角膜の範囲は、角膜の直径φ３．０６ｍｍ以内の範囲と定められている。ここで、φ３．０６ｍｍの円の面積と眼圧の大きさとから、眼圧計の空気噴流が角膜に与える力Ｎは、以下の式（１）により算出される。
角膜に与える力（Ｎ）＝眼圧（Ｐａ）×角膜形状が変化する面積（ｍｍ^２）・・・（１）

上記の眼圧および角膜形状が変化する面積を用いると、式（１）より、空気噴流が角膜に与える力は９．８〜２１ｍＮと見積もることができる。したがって、超音波集束装置４００が発生する超音波によりこの程度の大きさの非接触作用力を角膜に与えることができれば、角膜の形状を変化させることができると考えられる。

上記の通り、本実施例の超音波集束装置４００によれば、上記の大きさの力を非接触作用力として眼球４６０の角膜４６０ａに与えることができる。また、超音波集束装置４００は、高周波数で超音波の発生を制御することができることから、上記の実施例３の空気噴流発生装置３００と同様に、超音波集束装置４００における超音波の発生間隔を上記の復元時間に合わせて設定して、超音波を角膜４６０ａに当てることで、角膜４６０ａの形状の変形と復元を繰り返し行うことができる。したがって、本実施例では、超音波集束装置４００により角膜４６０ａが変形および復元することで眼球４６０の光学系の焦点距離が変化する。

本実施例では、超音波集束装置４００から発生される超音波の角膜４６０ａにおける集束を変更することで、超音波集束装置４００と角膜４６０ａとの間隔を調整できる。例えば、超音波集束装置４００として超音波発生素子を採用し、超音波集束装置４００を眼鏡フレーム４１０に取り付けた眼鏡４２０を作製する。そして、超音波集束装置４００から発生される超音波が角膜前面に集束するように超音波集束装置４００を調整する。なお、超音波集束装置４００は眼球４６０の視野の外側の位置に配置し、超音波を眼球４６０の光学軸ＡＸに対して所定の角度θの方向から角膜４６０ａに当てる。したがって、このように作製された眼鏡４２０の装用者の水晶体の調整力が失われている場合でも遠方から近方の範囲にわたってピントの合った像を脳に伝達させることができる。

（実施例５）
次に、本実施形態の実施例５に係る眼用装置の一例としてのコンタクトレンズ５００について図７を参照しながら説明する。コンタクトレンズ５００は、例えばソフトコンタクトレンズであり、コンタクトレンズ５００の装用時に、眼球５６０の角膜５６０ａとコンタクトレンズ５００との間に涙液層５１０（あるいは涙膜）が形成されることが好ましい。

本実施例では、コンタクトレンズ５００の装用者は、コンタクトレンズ５００のレンズ形状を変形させる眼用装置５２０を併用する。眼用装置５２０は、一例として、上記の実施例の空気噴流発生装置３００または超音波集束装置４００である。そして、眼用装置５２０を上記の空気噴流発生装置３００または超音波集束装置４００と同様に構成し、眼用装置５２０によって角膜５６０ａの代わりにコンタクトレンズ５００の表面を変形させることで、眼球５６０の光学系の焦点距離が変化する。したがって、このように構成されたコンタクトレンズ５００および眼用装置５２０の装用者の水晶体の調整力が失われている場合でも遠方から近方の範囲にわたってピントの合った像を脳に伝達させることができる。

以上が本実施形態に関する説明である。本実施形態において関連するヒトの眼に特有の現象として、残像効果、色の恒常性、色順応、明るさの恒常性、明順応、暗順応が挙げられる。

残像効果とは、ヒトの眼球の時間分解能以下の点滅は連続点灯しているように知覚される現象である。一般にヒトの眼球の時間分解能は約５０Ｈｚであることが知られている。例えば、一般的な蛍光灯は、５０Ｈｚ（１秒に１００回点滅）または６０Ｈｚ（１秒に１２０回点滅）で点滅しているため、蛍光灯の点滅はヒトの眼には連続点灯として知覚される。このことを踏まえると、ヒトの眼において、焦点距離が高速で変化する場合、ある距離に物体Ａにピントが合った後、物体Ａの残像現象が生じている間に、焦点距離の変化範囲内の任意の物体にピントが合い、再度物体Ａにピントが合う。この結果、ヒトの眼には物体Ａにピントが合っているように知覚される。同様に、ヒトの眼には、焦点距離の変化範囲内の任意の物体についても、ピントが合っているように知覚される。

次に、色の恒常性とは、例えばトマトは赤いという色彩感覚を有する人が色フィルタ越しにトマトを見たときにも赤いと認識する現象を言う。例えば、トマトをモニタに表示して観察する場合であって、トマトは赤いという色彩感覚を有する人が、色フィルタを通したトマトをモニタで観察したときに、モニタ上では灰色や青色に分類される色をしたトマトを赤いと認識することがある。このことを踏まえると、上記の実施形態では焦点距離が高速で変化するが、焦点距離が変化しているときに瞬間的にピントが合っていない像の色が混在しても、人の色彩感覚により、混在した色はピントが合っているときの像の色として知覚される。また、ヒトの眼はピントの合った像をピントの合っていない像よりもより強く知覚する点も踏まえると、本実施形態の眼用装置を用いることで、違和感を与える可能性が低い視界をヒトの眼に提供することができると考えられる。

次に、色順応とは、周囲の分光分布に応じて錐体の感度を調節し、色の見えを一定に保とうとする働きを言う。ある色彩が施された画像を数十秒見続けた直後にグレースケールの同じ画像を見ると、色彩が施された画像として認識される現象である。また、ある色を数十秒見続けた直後に、当該色を含む色彩が施された画像を見ると、画像から当該色が消失して知覚される現象でもある。このことを踏まえると、本実施形態の眼用レンズを用いることで、色の恒常性の上記の効果とともに、高速に焦点距離が変化した場合に違和感を与える可能性が低い視界をヒトの眼に提供することができる。

例えば、焦点距離が変化することでピントが合っていない像が混在することで、対象物の色が本来の色と異なった色として認識される場合でも、色の恒常性という特徴により、ヒトの眼には、対象物の色が変わったと認識せずに本来の色のままであると認識する傾向がある。また、異なった色と認識する状態が続いたとしても、色順応が働き、次第に元の色として認識されるようになる。

次に、明るさの恒常性とは、ヒトの眼は光の明るさを絶対的な光強度を基準としてではなく、光の反射率に基づいて知覚する現象を言う。ヒトの眼が知覚する光の明るさは、絶対的な光学量よりも対象の周辺からの相対的な変化量に依存することが知られている。すなわち、同じ明るさの色でも周囲の色が暗い場合はより明るい色として知覚され、周囲の色が明るい場合はより暗い色として相対的に知覚される。このことを踏まえると、本実施形態の眼用装置を用いる場合に、瞬間的にピントの合っていない像により視界全体におけるコントラストが低下する可能性があるが、ヒトの眼の有する明るさの恒常性により当該コントラストが改善されると考えられる。例えば、焦点距離が高速で変化している場合に、ピントの合った像とピントの合っていない像とが混在して知覚されることで、視界における像のコントラストが低下して黒色と白色がそれぞれ灰色に近づく場合でも、焦点距離の変化範囲内においてあらゆる焦点距離において同様にコントラストが低下すると考えられる。この結果、当該コントラストの低下は、明るさの恒常性によりヒトの眼には認識されにくくなる。

また、ヒトの眼は、ピントの合った像をより強く認識するため、ヒトの眼が注目してい
る対象とその周辺との間とで同じ色には明るさの差が存在するため、その相対的な差に基づいて対象の境界などを認識する。例えば、ランドルト環を用いた視力検査において、ヒトの眼は、ランドルト環の像のピントが若干合っていない場合でも、ランドルト環を見続けている間にコントラストの低下を脳が補正する結果ランドルト環の切れ目を知覚することができる。このようにヒトの眼は視界におけるコントラストの低下を補正することができるため、上記の実施形態の眼用レンズを用いる際に、視界全体におけるコントラストの低下が発生してもコントラストを改善し、視界における焦点深度が増大する効果が期待できる。

ここで、明るさの恒常性が深度増大に及ぼす効果について詳述する。焦点距離を高速で変化させると、ヒトの眼には、ピントの合った像とピントのずれた像が同時に認識される。このとき、ピントの合った像にピントのずれた像が重ね合わされているため、ヒトの眼には、一時的にコントラストの低下した暗い像が認識される。しかし、焦点距離の変化に伴って増大された焦点深度範囲においては、ピントのずれた像によるコントラスト低下は、視野に対して一様のコントラスト低下、すなわち、視野全体において一様に明るさが低下した状態と同等であると考えられる。一方で、ヒトの眼には、対象物にピントが合った像が認識されやすいため、ピントのずれた像に比べてピントが合った像が相対的に強く明るく知覚される。このようにヒトの眼には、ピントがずれた像よりもピントが合った対象物の像が相対的に強く明るく知覚されることにより、当該対象物以外は周辺情報と認識される。この状態において、明るさの恒常性が働くと、ヒトの眼により、周辺情報の暗さと対象物との相対的な明るさとが比較されて、対象物がより認識されやすくなる。つまり、ヒトの眼においては、ピントがずれた像によるコントラスト低下が改善されるため、焦点距離が変化することで生じる深度増大効果を期待することができる。

次に、明順応とは、例えば明るい場所から暗い場所へ移動したときに、最初は何も見えないが次第に目が慣れて少しずつ見えるようになる現象である。また、暗順応とは、暗い場所から明るい場所へ移動したときに、同様に目が慣れて徐々に見えるようになる現象である。なお、ヒトの眼は、明順応は約１分で、暗順応は約１時間でそれぞれ発揮することが知られている。このことから、上記の実施形態の眼用装置を用いる際に、瞬間的にピントが合っていない像により視界全体が暗くなった場合でも、これらの順応が発揮されることで、視界全体の暗さが改善されると考えられる。

本実施形態に係る眼用レンズは、上記のヒトの眼の各現象の特徴を考慮して構成されているが、このようにヒトの眼の各現象を利用した眼用装置について明示した文献はない。また、従来技術では、カメラなどの撮像素子やモニタを用いて画像処理によりコントラストの低下を改善するのみである。カメラなどを眼用装置の構成要素とすると、生成される画像はシャッタースピードや画素感度の影響を受ける。また、画素は光の強度を積算して電荷に変換する。画像の重ね合わせにより画像間のコントラスト差ができるため、ヒトの脳にはコントラストの高い部分が意識に残る結果、深度が深くなると認識される可能性はあるが、網膜や脳の視覚情報処理としての残像現象とは異なる。本発明における網膜や視覚情報処理としての残像現象では、脳がカメラなどの画像生成装置を介さずに直にピントの合った像を連続して認識することで、順応や恒常性といった現象を利用してよりよい視界を提供できるものである。

なお、上記の眼用装置に備えられる構成は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想と同一性を失わない範囲内において種々の変更が可能である。以下に上記の実施形態の変形例を３例示す。なお、上記の実施例に記載の構成と下記に説明する変形例に記載の構成を自由に組み合わせることができる。また、以下の説明において上記の実施例と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

（変形例１）
本実施形態の変形例１に係る電源供給ユニット６００について図８を参照しながら説明する。電源供給ユニット６００は、一例として、有機薄膜を利用した光透過性を有する太陽電池フィルムである。電源供給ユニット６００は、上記の実施例に記載の眼用レンズやコンタクトレンズの内部に搭載される。例えば、図８に示すように上記の眼鏡レンズ１００に接続される電源供給ユニット１１０の代わりに、本変形例に係る電源供給ユニット６００を眼鏡レンズ１００内に設けて眼鏡６１０を構成することができる。

太陽光のエネルギーは約１ｋＷ／ｍ^２であり、一般的な太陽電池の変換効率は約１０％であることが知られている。すなわち、太陽電池の発電力は１ｍｍ^２あたり０．１ｍＷと見積もることができる。上記の実施例の眼鏡レンズ１００の一例であるＯｐｔｏｔｕｎｅ社の液体レンズＥＬ−８−１６において、約５Ｄの屈折力変化を達成するには、１．８Ｖで約５０ｍＡ、すなわち９０ｍＷの消費電力が必要となる。

眼鏡レンズ１００に電源供給ユニット６００を設ける場合、電源供給ユニット６００の面積を１０００ｍｍ^２（例えば５ｃｍ×２ｃｍ）とすると、電源供給ユニッ６００の発電力は０．１ｍＷ×１０００＝１００ｍＷと見積もることができる。すなわち、電源供給ユニット６００は、眼鏡レンズ１００の一例としてＯｐｔｏｔｕｎｅ社の液体レンズＥＬ−８−１６を用いる場合に必要な消費電力を上回る電力を発生させることができると言える。

（変形例２）
次に、本実施形態の変形例２に係る眼用レンズ７００について図９を参照しながら説明する。眼用レンズ７００は、光透過性を有するスピーカ用フィルムを含んで形成される。スピーカ用フィルムは、圧電性物質からなる光透過性を有する薄膜フィルムが振動伝達特性の良好な光透過フィルムにより挟まれて形成されている。圧電性物質からなる薄膜フィルムは、電力が供給されることで振動板として機能する。

スピーカ用フィルムは、音の周波数によって振動する。また、ヒトが聞き取れる音の周波数は２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚであることが知られており、スピーカ用フィルムにはこの周波数範囲で振動するよう電力が供給される。したがって、スピーカ用フィルムを用いて６０Ｈｚ以上の振動を実現することができる。

すなわち、例えば図９に示すように、上記の実施例のコンタクトレンズ２００の代わりに眼用レンズ７００を用いることで、眼用レンズ７００の装用者の水晶体の調整力が失われている場合でも遠方から近方の範囲にわたってピントの合った像を脳に伝達させることができる。

（変形例３）
次に、本実施形態の変形例３に係る眼内レンズ８００について図１０を参照しながら説明する。上記の実施例２では、コンタクトレンズ２００に視野絞りを設けて、装用者の視野を制限することにより、像の倍率の変化を小さくして装用者に認識される像の劣化を低減することができることを説明した。眼球の虹彩が開口絞りおよび視野絞りとして機能することを踏まえると、コンタクトレンズ２００と同様に、電気回路２１０がプリントされた眼内レンズ８００を焦点距離が変化するように構成し、さらに眼内レンズ８００を眼球８６０の虹彩８６０ａの直後に挿入することで、眼内レンズ８００の装用者は、虹彩８６０ａを開口絞りおよび視野絞りとして利用しつつ遠方から近方の範囲にわたってピントの合った像を脳に伝達させることができる。焦点距離を変化させる眼内レンズの構成は、電気回路２１０がプリントされた構成以外にも、液体レンズのように電流または電圧の変化によりレンズの曲率半径が変化する構成でもよく、レンズが複数の光学素子で構成され、
それら光学素子間の距離が変化する構成でもよく、光学素子材料の屈折率が変化する構成でもよい。

１００眼鏡レンズ
１６０、２６０眼球
２００コンタクトレンズ
２１０電気回路
２２０、６００電力供給ユニット
２３０任意波形発生器
３００空気噴流発生装置
４００超音波集束装置
５００コンタクトレンズ
７００眼用レンズ
８００眼内レンズ

Claims

眼球の光学系の焦点距離を眼球の時間分解能より短い時間間隔で変化させる素子を備え、
前記素子は、前記眼球の光学系内に挿入され焦点距離を変化させることができ、開口絞りと視野絞りと、を有する眼鏡レンズを備える、
ことを特徴とする眼用装置。
前記開口絞りは、前記眼球の虹彩よりも小さい、ことを特徴とする請求項１に記載の眼用装置。
前記開口絞りは、φ３．０ｍｍ以下である、ことを特徴とする請求項１または２に記載の眼用装置。
前記素子は、所定の増減幅で変化する電力を前記時間間隔で前記眼鏡レンズに供給する電力供給部を備え、
前記眼鏡レンズは、前記焦点距離を電気的に変化させることができる、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の眼用装置。
眼球の光学系の焦点距離を眼球の時間分解能より短い時間間隔で変化させる素子を備え、
前記素子は、前記眼球の角膜に空気を前記時間間隔で噴射する空気噴射部を備える、
ことを特徴とする眼用装置。
眼球の光学系の焦点距離を眼球の時間分解能より短い時間間隔で変化させる素子を備え、
前記素子は、前記眼球の角膜前面に放射される超音波を前記時間間隔で発生する超音波発生部を備える、
ことを特徴とする眼用装置。
前記電力供給部は、前記眼鏡レンズに設けられた光透過性を有する太陽電池である、こ
とを特徴とする請求項４に記載の眼用装置。
前記眼鏡レンズは、光透過性を有する圧電性物質を含んで形成されることを特徴とする請求項４に記載の眼用装置。